一种液滴式辐射散热器中液滴层蒸发损失速率计算方法技术

一种液滴式辐射散热器中液滴层蒸发损失速率计算方法，主要步骤如下：1、获取液滴辐射器液滴层的几何参数、运行参数、液滴物性参数以及程序计算参数；2、计算液滴层的衰减系数；3、计算液滴层辐射传递因子；4、计算液滴层局部温度分布；5、计算液滴层蒸发传递因子；5、计算液滴层局部蒸发损失速率；6、计算液滴层总蒸发损失速率。本发明专利技术考虑了液滴层中各液滴之间的重吸收作用，可为液滴辐射器的热设计提供理论参考。参考。参考。

【技术实现步骤摘要】
一种液滴式辐射散热器中液滴层蒸发损失速率计算方法


[0001]本专利技术涉及辐射散热器设计领域，具体涉及一种液滴式辐射散热器中液滴层蒸发损失速率计算方法。

技术介绍

[0002]液滴辐射器是空间大功率飞行器所依赖的一种废热排放系统。随着航天器向大型化、高功率的方向发展，其产生的废热也在成倍增加。新型航天器的热控需求增长对散热器的效率、功耗以及质量提出了更高的要求。针对上述问题，各国学者自上世纪80年代以来提出了多种新型的空间辐射散热装置概念设计，而其中液滴式辐射散热器是其中最具有应用前景的废热排放系统方案。
[0003]液滴式辐射散热器的液体工质由循环泵驱动，首先在热交换器中吸取航天器产生的废热，之后进入液滴发生器中被振荡成尺寸在亚微米级别的液滴，之后液滴从液滴发生器中飞出做匀速直线运动，在飞行过程中向外辐射散失能量，最终液滴经由液滴收集器进行收集汇聚，重新形成液流，进入管路继续循环。
[0004]由于太空为真空环境，因此液滴由于其自身饱和蒸气压的原因产生蒸发损失，即液滴小分子从液滴表面逸出，之后逸散至液滴层外或被液滴层中的其他本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液滴式辐射散热器中液滴层蒸发损失速率计算方法，其特征在于：步骤如下：步骤1：获取液滴辐射器的几何参数、运行参数、液滴物性参数以及程序计算参数，几何参数包括液滴层长度、宽度及厚度，运行参数包括液滴层密度、液滴层飞行速度、液滴层初始温度、液滴直径、液滴粒子数密度、液滴层吸收系数，液滴物性参数包括液滴密度、液滴比热、液滴吸收率、液滴散射率、液滴发射率、相变潜热、液滴饱和蒸气压、液滴表面张力、液滴分子质量、液滴凝结系数，程序计算参数包括液滴层长度方向体元划分数目N
i
、液滴层厚度方向体元划分数目N
j
；步骤2：将液滴层作为具有发射、吸收和散射的稀疏粒子系处理，并将液滴层视为灰体；通过(1)式计算得到液滴层的衰减系数式中：β——液滴层的衰减系数；N——液滴密度；d——液滴直径；步骤3：由于液滴层沿长度x方向和厚度y方向分别划分了N
i
×
N
j
个体元和2N
i
+2N
j
个面元，因此体元和面元能够其在x方向和y方向的序号x,y定义其位置；步骤4：模拟体元x
i
,y
i
，若模拟完所有体元，则模拟面元x
k
,y
k
；步骤5：确定体元x
i
,y
i
或面元x
k
,y
k
内所模拟的光束总数N
MCN,(x,y)
；步骤6：模拟体元x
i
,y
i
或面元x
k
,y
k
内第n
MCN,i
束光束的传播；步骤7：使用(2)式和(3)式确定第n
MCN,i
束光束在体元x
i
,y
i
或面元x
k
,y
k
内的随机发射点P1x1＝(Rx
‑
0.5)Δx+x
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)y1＝(Ry
‑
0.5)Δy+y
c
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中：x1——P1的横坐标；y1——P1的纵坐标；x
c
——所在体元x
i
,y
i
或面元x
k
,y
k
中心的横坐标；y
c
——所在体元x
i
,y
i
或面元x
k
,y
k
中心的纵坐标；Δx——体元或面元的长度；Δy——体元或面元的厚度；Rx——用于确定P1横坐标的在[0,1]区间均匀分布的随机数；Ry——用于确定P1纵坐标的在[0,1]区间均匀分布的随机数；步骤8：使用(4)式和(5)式确定第n
MCN,i
束光束发射角度θ和第n
MCN,i
束光束发射距离sθ＝2πRθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)s＝
‑
ln(1
‑
Rr)/β
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)式中：θ——第n
MCN,i
束光束发射角度；
Rθ——用于确定第n
MCN,i
束光束发射角度的在[0,1]均匀分布的随机数；s——第n
MCN,i
束光束发射距离；β——液滴层的衰减系数；Rr——用于确定第n
MCN,i
束光束发射距离的在[0,1]均匀分布的随机数；步骤9：使用(6)式和(7)式确定第n
MCN,i
束光束发射终点P2x2＝x1+s
·
cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)y2＝y1+s
·
sinθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)式中：x2——P2的横坐标；y2——P2的纵坐标；x1——P1的横坐标；y1——P1的纵坐标；s——光束发射距离；θ——光束发射角度；步骤10：判断第n
MCN,i
束光束发射终点P2是否在液滴层内，若在液滴层内，继续步骤11，若不在液滴层内，跳转至步骤15；步骤11：根据第n
MCN,i
束光束发射终点P2的坐标确定第n
MCN,i
束光束发射终点P2所在的体元x
′
i
,y
′
i
；步骤12：利用(8)式判断第n
MCN,i
束光束是否被体元x
′
i
,y
′
i
吸收，若Ra小于κ则被吸收，继续步骤13，否则跳转至步骤14；Ra≤κ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中：κ——液滴吸收率；Ra——用于确定第n
MCN,i
束光束是否被液滴吸收的在[0,1]均匀分布的随机数；步骤13：记录吸收第n
MCN,i
束光束的体元，跳转至步骤18；步骤14：利用(4)式和(5)式确定第n
MCN,i
束光束的散射方向和发射距离，并令P1＝P2，跳转至步骤9；步骤15：判断光束与液滴层边界是否存在交点，若存在交点，继续步骤16，若不存在交点，则认为光束逸出液滴层，记录并跳转至步骤18；步骤16：求第n
MCN,i
束光束与液滴层边界的交点P3，并确定交点P3所在的面元(x
′
k
,y
′
k
)，使用(9)式判断第n
MCN,i
束光束光束是否被面元(x
′
k
,y
′
k
)吸收，若被吸收，记录并跳转至步骤18，若未被吸收，继续步骤17；Ra≤ε
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)步骤17：令P1＝P3，并选择第n
MCN,i
束光束发生镜反射或漫反射，若发生漫反射，使用(10)式确定第n
MCN,i
束光束发射方向和(5)式第n
MCN,i
束光束确定发射距离，之后跳转至步骤9；若发生镜反射，使用式(5)确定第n
MCN,i
束光束发射距离，之后跳转至步骤9；ψ＝cos
‑1(1
‑
2Rψ)
‑
0.5
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)式中：ψ——第n
MCN,i
束光束漫反射方向；

【专利技术属性】
技术研发人员：王成龙，杨林翼，秦浩，田文喜，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：