本发明专利技术涉及一种类失重流体分布形态构建系统及控制系统，该构建系统包括贮箱、隔热件，模拟热源，吸液芯和传感器，其中贮箱用于贮存外部来流液体，构建类失重环境，贮箱外壁面不同位置布置模拟热源，对贮箱内不同部位进行加热，使内部液体受热蒸发；贮箱外壁面还布置隔热件进行外部热环境隔绝；吸液芯设置在贮箱内壁面，用于吸附液体使液体沿贮箱内壁面在吸液芯内分布，蒸气在贮箱中间分布，形成液相包围气相的类失重环境流体分布形态；能够使气液两相流体形成液相包围气相的形态分布，在类失重环境下开展相关试验研究，并且可以长时间模拟这种类失重环境，满足在地面开展失重形态模拟测试的需要。测试的需要。测试的需要。
【技术实现步骤摘要】
一种类失重流体分布形态构建系统及控制系统
[0001]本专利技术涉及一种类失重流体分布形态构建及控制系统，属于低温及制冷 工程
技术介绍
[0002]在地面环境下开展微重力状态的低温流体蒸发量和压力控制试验难度 较大，在地面开展失重形态模拟测试常见的方法有落塔、磁流体等技术，例 如Li等中国NMLC落塔开展了类胶囊储箱内的流体自由界面在微重力环境 下动态演变过程研究，但整个微重力环境持续时间仅有3.6秒，这对于研究 低温贮箱内的压力控制过程远远不够；采用磁流体技术可以一定程度实现微 重力环境状态，王正良在地面上用磁性液体制造了流体的超重、失重和微重 力环境，磁流体由于表面张力的作用被约束成球体，通过调整电流可以将磁 流体悬浮于空间形成失重环境流体分布形态，但是磁流体试验系统复杂成本 较高，适用于小区域范围内的微重力环境研究，形成气液两相在微重力环境 下的分布状态难度较大。
[0003]常重力环境下的贮箱内的两相流体分布如图1所示，由于液体密度大于 气体，因此呈现液体在箱体下部，气体在上部的分布形态；无法形成微重力 环境下的气液两相流体分布形态，对于需要开展长时间微重力环境下两相流 态分布的研究除空间搭载试验外目前并无很好的方法。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种类失重流体分布形态 构建系统，能够使气液两相流体形成液相包围气相的形态分布，在类失重环 境下开展相关试验研究，并且可以长时间模拟这种类失重环境，满足在地面 开展失重形态模拟测试的需要。
[0005]本专利技术的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：
[0006]一种类失重流体分布形态构建系统，该系统包括贮箱、隔热件，模拟热 源，吸液芯和传感器，其中贮箱用于贮存外部来流液体，构建类失重环境， 贮箱外壁面不同位置布置模拟热源，对贮箱内不同部位进行加热，使内部液 体受热蒸发；贮箱外壁面还布置隔热件进行外部热环境隔绝；吸液芯设置在 贮箱内壁面，用于吸附液体使液体沿贮箱内壁面在吸液芯内分布，蒸气在贮 箱中间分布，形成液相包围气相的类失重环境流体分布形态。
[0007]在上述类失重流体分布形态构建系统中，吸液芯为烧结多孔介质结构或 金属网幕结构；所述烧结多孔介质厚度为贮箱特征尺寸的1/10
‑
1/3，金属 网幕结构厚度在微米或毫米级。
[0008]在上述类失重流体分布形态构建系统中，所述烧结多孔介质结构为烧结 铜或泡沫状镍；所述金属网幕结构为金属丝网，优选不锈钢丝网。
[0009]在上述类失重流体分布形态构建系统中，吸液芯为金属网幕结构时，液 体在金属泡沫结构中流动，各形式的阻力通过如下方法获得：
[0010]静压头损失：ΔP
hydro static
＝ρgh
g
[0011]流动阻力损失：
[0012]流动摩擦损失：
[0013]流动动力损失：
[0014]上式中
[0015]其中：ρ为密度；g为重力加速度；h
g
为芯吸高度；h
l
为浸没深度；α 为黏性压降系数；Φ为充罐率；Q
t
为网幕弯曲系数；δ为网幕厚度；μ为动 力粘度；S为管道比阻；f为流动阻力系数；u为芯吸速率；为出口流量； A
c
为网幕面积；D
P
为网幕有效微孔直径；L为网幕通道横截面积长度；W 网幕通道横截面积宽度；β为惯性压降系数；e为管内粗糙度；D
H
为水力直 径。
[0016]在上述类失重流体分布形态构建系统中，吸液芯为烧结多孔介质结构时， 液体在多孔结构中的流动阻力通过如下达西定律表征：
[0017][0018]式中，ΔP
wick
为流体在吸液芯流动时压降；μ
l
为流体动力粘度；m
l
为流 体质量；l
eff
为吸液芯特征长度；K为多孔物质的渗透率，实验表明在低温下 常温下相比收缩率可忽略；A
ω
为工质在吸液芯内的流通面积。
[0019]在上述类失重流体分布形态构建系统中，所述贮箱为柱状或球形，柱状 中间段为圆柱段，两般为椭圆封头。
[0020]在上述类失重流体分布形态构建系统中，还包括进液管和排气管，分别 与贮箱内部连通，所述排气管上连接截止阀。
[0021]在上述类失重流体分布形态构建系统中，所述隔热件为隔热泡沫，隔热 泡沫布置在贮箱外壁面的模拟热源外侧，以隔绝外部环境向贮箱内的热漏。
[0022]在上述类失重流体分布形态构建系统中，所述传感器包括温度传感器和 压力传感器，温度传感器用于测量贮箱内空间不同位置的流体温度参数，压 力传感器用于测量贮箱内气相空间的压力参数。
[0023]在上述类失重流体分布形态构建系统中，所述贮箱内部过中心的横截面 圆周上均布温度传感器，用于测量气相区周向的温度分布；贮箱内壁面上的 吸液芯上均布温度传感器，用于测量液相区温度分布，并监测液体浸润情况。
[0024]在上述类失重流体分布形态构建系统中，还包括温度传感器侧杆，设置 在贮箱内部，贮箱内部过中心的横截面圆周上均布的温度传感器安装在所述 温度传感器侧杆上。
[0025]在上述类失重流体分布形态构建系统中，在类失重环境下需结合贮箱微 重力运行时真空环境向贮箱的辐射传热进行热量等效转化，缩比模型与实际 工作情况之间的具有如下关系：
[0026][0027]其中：L为缩比尺度；P为漏热功率；Δt为运行时间，q为热流密度， 下标sml表示缩比模型；下标real表示实际工作情况。
[0028]一种类失重流体分布形态构建控制系统，包括上述构建系统、流量计、 液氮贮箱、数据采集系统、显示平台和液体喷射结构，其中液氮贮箱与进液 管连通，流量计安装在连接管路上，测量进入液氮贮箱的液氮流量；液氮贮 箱内的液氮在压力作用下从进液管进入贮箱中，通过开启液体喷射结构，液 氮以雾状形式在贮箱气枕空间喷射，使气枕温度下降，同时压力降低。
[0029]本专利技术与现有技术相比至少具有如下一种有益效果：
[0030](1)、本专利技术提供一种类失重流体分布形态构建系统，能够使气液两相 流体形成液相包围气相的形态分布，在类失重环境下开展相关试验研究，并 且可以长时间模拟这种类失重环境，满足在地面开展失重形态模拟测试的需 要。
[0031](2)、本专利技术通过在低温冷箱内壁面采用吸液芯结构，设置与液体相适 应的吸液芯结构、孔隙率等参数，由于低温液体与吸液芯之间的毛细力作用 能够克服液体重力，低温流体被箱内的吸液芯结构吸附，使箱体内部呈现流 体分布形态(如图2所示)，即液体通过吸液芯抽吸作用分布在箱体内壁面 的吸附结构里，而气体在箱体中间，形成液相包裹气相的类失重环境低温流 体分布形态，即类失重环境；解决了现有技术中常重力环境下的贮箱内的两 相流体分布(如图1所示)，由于液体密度大于气体，因此本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种类失重流体分布形态构建系统，其特征在于：该系统包括贮箱(1)、隔热件(2)，模拟热源(3)，吸液芯(4)和传感器，其中贮箱(1)用于贮存外部来流液体，构建类失重环境，贮箱(1)外壁面不同位置布置模拟热源(3)，对贮箱(1)内不同部位进行加热，使内部液体受热蒸发；贮箱(1)外壁面还布置隔热件(2)进行外部热环境隔绝；吸液芯(4)设置在贮箱(1)内壁面，用于吸附液体使液体沿贮箱(1)内壁面在吸液芯(4)内分布，蒸气在贮箱(1)中间分布，形成液相包围气相的类失重环境流体分布形态。2.根据权利要求1所述的种类失重流体分布形态构建系统，其特征在于：所述吸液芯(4)为烧结多孔介质结构或金属网幕结构；所述烧结多孔介质厚度为贮箱特征尺寸的1/10
‑
1/3，金属网幕结构厚度在微米或毫米级。3.根据权利要求2所述的种类失重流体分布形态构建系统，其特征在于：所述烧结多孔介质结构为烧结铜或泡沫状镍；所述金属网幕结构为金属丝网，优选不锈钢丝网。4.根据权利要求2或3所述的种类失重流体分布形态构建系统，其特征在于：吸液芯(4)为金属网幕结构时，液体在金属泡沫结构中流动，各形式的阻力通过如下方法获得：静压头损失：ΔP
hydro static
＝ρgh
g
流动阻力损失：流动摩擦损失：流动动力损失：上式中其中：ρ为密度；g为重力加速度；h
g
为芯吸高度；h
l
为浸没深度；α为黏性压降系数；Φ为充罐率；Q
t
为网幕弯曲系数；δ为网幕厚度；μ为动力粘度；S为管道比阻；f为流动阻力系数；u为芯吸速率；为出口流量；A
c
为网幕面积；D
P
为网幕有效微孔直径；L为网幕通道横截面积长度；W网幕通道横截面积宽度；β为惯性压降系数；e为管内粗糙度；D
H
为水力直径。5.根据权利要求2或3所述的种类失重流体分布形态构建系统，其特征在于：吸液芯(4)为烧结多孔介质结构时，液体在多孔结构中的流动阻力通过如下达西定律表征：式中，ΔP
wick
为流体在吸液芯流动时压降；μ
l
为流体动力粘度；m1为流体质量；l
eff
为吸液芯特征长度；K为多孔物质的渗透率，实验表明在低温下常温下相比收缩率可忽...
【专利技术属性】
技术研发人员：周振君，刘欣，巩萌萌，杨勇，张少华，潘瑶，王领华，吕建伟，王思峰，余群，李佳欣，荣星月，吴俊，
申请(专利权)人：中国运载火箭技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。