模拟失重环境热工水力试验装置和试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种模拟失重环境热工水力试验装置和模拟失重环境热工水力试验方法，涉及换热测试技术领域，为解决尚无有效的模拟失重环境水力试验方法的问题而设计。模拟失重环境热工水力试验装置，包括无人机、下落舱和试验舱，所述试验舱包括失重环境热工水力试验平台，所述无人机与所述失重环境热工水力试验平台可拆卸连接，所述下落舱中设有降落伞。本发明专利技术提供的模拟失重环境热工水力试验装置可以提高模拟失重环境热工水力试验的经济性。提高模拟失重环境热工水力试验的经济性。提高模拟失重环境热工水力试验的经济性。

【技术实现步骤摘要】
模拟失重环境热工水力试验装置和试验方法


[0001]本专利技术涉及换热测试
，具体而言，涉及一种模拟失重环境热工水力试验装置和模拟失重环境热工水力试验方法。

技术介绍

[0002]近些年，世界科技强国高度重视空间核动力技术发展；据公开报道，我国在《2017
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2045年航天运输系统发展路线图》中明确提出了核动力空间穿梭机技术要出现重大突破，实现进出空间和空间运输方式的颠覆性变革。其中，以热流系统为核心的核反应堆、热交换设备、推进装置等已成为制约空间核动力技术变革的关键所在，是最具原创性与革命性的科技前沿。伴随汽泡行为动态演变的沸腾换热过程由于具备更可观的热输运能力，逐渐成为被广泛采用的热设计方案，然而复杂的汽
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液相态行为也进一步加剧了热流系统的设计难度。空间核动力装置在太空失重环境下，热流系统内冷却工质所受重力与浮力等体积力显著衰减，沸腾换热过程中界面效应与相间作用力起主导作用，汽泡更易吸附加热面并聚集成汽弹/毯，导致汽相扩散区换热效率降低，以及汽相聚集区沸腾危机提前出现。因此，如何开展模拟失重环境下的流动沸腾精细化试验，已成为空间核动力热流系统发展的主要瓶颈。
[0003]研究表明，核态沸腾换热与对流蒸发换热是热流系统主要的两种沸腾换热机制，且受到汽液相态演化特性与近壁汽泡动力学行为特征的显著影响。在空间失重环境下，工质所受体积力显著衰减，表面张力与粘性力等界面力作用被大幅放大，相界面和汽泡行为发展与重力场环境相比具有明显差异。在失重环境下，弹状流与环状流可出现在更低的含汽率条件下。而且，针对失重环境下的池式沸腾，即使大汽泡/团已经脱离，也会持续徘徊于加热面附近；此时，微弱的剪切流效应也会对汽泡行为产生明显影响。
[0004]为了真实模拟失重环境，国内外沸腾换热研究主要采用的试验手段主要包括：国际空间站、飞机抛物飞行法与落塔法等。其中，国际空间站可获得长期的真实太空失重环境，飞机抛物飞行法可获得数十秒量级的模拟失重环境，落塔法能获得数秒量级的模拟失重环境，但试验设施均相当昂贵。失重环境下，热流系统沸腾换热机制已被报道明显区别于重力场环境试验。此时，近壁汽泡不仅长时间附着于加热面，甚至在汽泡周围并未观察到局部微对流效应，导致沸腾换热性能明显降低。然而，也有学者发现，在低流速与低含汽率条件下，加热面沸腾换热能力并未受到重力因素的明显影响。甚至有学者发现，在高流速状态下，重力因素也并未对沸腾换热能力产生明显影响。在具有更高含汽率的环状流条件下，对流蒸发换热为主要的沸腾换热机制，失重环境下近壁液膜与重力环境相比更加稳定，沸腾换热性能明显降低。
[0005]综上所述，针对失重环境下的沸腾换热机制仍处于探索阶段，很多基础性问题尚未厘清，部分研究结论甚至互相矛盾，急需建立有效、经济的模拟失重环境热工水力试验方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的第一个目的在于提供一种模拟失重环境热工水力试验装置，以解决现有尚无有效、经济的模拟失重环境水力试验方法的技术问题。
[0007]本专利技术提供的模拟失重环境热工水力试验装置，包括无人机、下落舱和试验舱，所述试验舱包括失重环境热工水力试验平台，所述无人机与所述失重环境热工水力试验平台可拆卸连接，所述下落舱中设有降落伞。
[0008]本专利技术模拟失重环境热工水力试验装置带来的有益效果是：
[0009]通过无人机带动下落舱和试验舱到某个高度上，然后将下落舱和试验舱释放，下落舱和试验舱会自由落体，待降落了设定距离之后，下落舱中的降落伞打开，使得试验舱及其中的失重环境热工水力试验平台可以稳定落地。在自由落体的过程中，可以产生足够时间的模拟失重环境，以供热工水力试验的进行。而且，试验舱以后还可以与无人机、下落舱连接，再次进行相同参数或不同参数下的试验，明显提高了经济性。
[0010]优选的技术方案中，所述失重环境热工水力试验平台包括框架，所述框架中安装有沸腾流道，在所述沸腾流道中设置热电偶，所述沸腾流道与预热器连通，所述预热器与水泵和稳压器连通，所述稳压器连通冷凝器，所述冷凝器与沸腾流道连通。
[0011]优选的技术方案中，所述失重环境热工水力试验平台包括电磁流量计。
[0012]优选的技术方案中，所述电磁流量计与所述预热器之间和所述电磁流量计与所述热电偶之间均设有压力变送器。
[0013]优选的技术方案中，所述电磁流量计与所述预热器之间设有电磁阀和调节阀。
[0014]优选的技术方案中，所述失重环境热工水力试验平台还包括ITO导电玻璃、激光发射器和红外摄像机，所述ITO导电玻璃上设有亲水/疏水涂层，所述激光发射器通过第一分束器射向ITO导电玻璃，所述红外摄像机朝向ITO导电玻璃。
[0015]优选的技术方案中，所述失重环境热工水力试验平台还包括第二分束器、第一高速摄像机和第二高速摄像机，所述第一分束器通过所述第二分束器与所述第一高速摄像机光路连接，并通过所述第二分束器和反射镜与所述第二高速摄像机光路连接。
[0016]优选的技术方案中，所述失重环境热工水力试验平台还包括导航模块和加速度仪。
[0017]本专利技术的第二个目的在于提供一种模拟失重环境热工水力试验方法，以解决尚无有效、经济的模拟失重环境水力试验方法的技术问题。
[0018]本专利技术提供的模拟失重环境热工水力试验方法，使用模拟失重环境热工水力试验装置，所述试验方法包括：所述无人机搭载所述下落舱和所述试验舱上升至预设高度；自动断开连接所述无人机和所述下落舱的下落舱连接机构；在所述下落舱自由落体的过程中，观测失重环境热工水力试验。
[0019]由于本专利技术提供的模拟失重环境热工水力试验方法采用了上述的模拟失重环境热工水力试验装置，因而具有相应的技术效果，在此不再赘述。
[0020]优选的技术方案中，获得无人机倾角、预热器加热功率、冷却剂流量、冷却剂压力、加热面温度绝对值、加热面温度变化梯度和海拔仪高度中的至少一个，若所述无人机倾角、所述预热器加热功率、所述冷却剂流量、所述冷却剂压力、所述加热面温度绝对值、所述加热面温度变化梯度和所述海拔仪高度中的至少一个超过安全值时，切断所述预热器的供电
和测量设备的供电。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例或
技术介绍
中的技术方案，下面将对实施例或
技术介绍
描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0022]图1为本专利技术实施例一提供的模拟失重环境热工水力试验装置的结构示意图；
[0023]图2为本专利技术实施例一提供的模拟失重环境热工水力试验方法的示意图。
[0024]附图标记说明：
[0025]100
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无人机；200
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下落舱；210
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下落舱连接机构；300
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试验舱；310
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟失重环境热工水力试验装置，其特征在于，包括无人机(100)、下落舱(200)和试验舱(300)，所述试验舱(300)包括失重环境热工水力试验平台，所述无人机(100)与所述失重环境热工水力试验平台可拆卸连接，所述下落舱(200)中设有降落伞。2.根据权利要求1所述的模拟失重环境热工水力试验装置，其特征在于，所述失重环境热工水力试验平台包括框架(310)，所述框架(310)中安装有沸腾流道(320)，在所述沸腾流道(320)中设置热电偶(321)，所述沸腾流道(320)与预热器(330)连通，所述预热器(330)与水泵(350)和稳压器(340)连通，所述稳压器(340)连通冷凝器(360)，所述冷凝器(360)与沸腾流道(320)连通。3.根据权利要求2所述的模拟失重环境热工水力试验装置，其特征在于，所述失重环境热工水力试验平台包括电磁流量计(371)。4.根据权利要求3所述的模拟失重环境热工水力试验装置，其特征在于，所述电磁流量计(371)与所述预热器(330)之间和所述电磁流量计(371)与所述热电偶(321)之间均设有压力变送器(372)。5.根据权利要求3所述的模拟失重环境热工水力试验装置，其特征在于，所述电磁流量计(371)与所述预热器(330)之间设有电磁阀(374)和调节阀(375)。6.根据权利要求2
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5中任一项所述的模拟失重环境热工水力试验装置，其特征在于，所述失重环境热工水力试验平台还包括ITO导电玻璃(381)、激光发射器(382)和红外摄像机(383)，所述ITO导电玻璃(381)上设有亲水/疏水涂层，所述激光发射器(382)通过第...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆祺，邓坚，何辉，刘晓晶，熊进标，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：