一种环路热管工质充装量等效调试方法技术

本发明专利技术提供一种环路热管工质充装量等效调试方法，利用液体工质热胀冷缩效应，获得在轨服役工况的等效气液状态；通过对环路热管各组件进行控温，调节回路内部工质的气液分布状态；设置气液分离管路实现气液分离，并在气液分离管路上布置温度测点监测调试过程气液界面位置；通过间接排放工质的管路和阀门实现工质的定量排放，实现工质量的精准调试；由此可见，本发明专利技术在地面重力场下，无需调整姿态就可以对大规模、复杂构型的环路热管产品进行工质充装量精准调试；结构简单，实施方便；间接排放管路结构可以实现工质定量排放，充装精度高；生产效率高，由于调试过程操作简单且精度高，对充装精度要求降低，工质充装生产效率大幅提高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种环路热管工质充装量等效调试方法


[0001]本专利技术属于航天器热控
，尤其涉及一种环路热管工质充装量等效调试方法。

技术介绍

[0002]环路热管是近年来发展起来的一种高效传热产品，具有传热能力强、传输距离远、管路布局灵活、反重力工作能力强以及热开关特性等突出特点，可大规模航天器热量远距离输运。
[0003]如图1所示，传统环路热管由蒸发器、储液器、蒸气管路、液体管路及冷凝器组成。蒸发器是环路热管核心部件，蒸发器由毛细芯和管壳两部分组成，热量通过管壳传递至毛细芯，在毛细芯的多孔表面发生气液相变，吸收热量；蒸气沿蒸气管路流向冷凝器，在冷凝器中释放热量冷凝成液体；从冷凝器中流出的液体继续在冷凝器中冷却，最后流入储液器；储液器内的液体工质维持对蒸发器内毛细芯的供给。
[0004]对于需要实现热量耦合的大规模航天器系统，蒸发器需布置在热源一侧，冷凝器需布置在散热面一侧，通过蒸气管路和液体管路连接，形成封闭回路。工质充装量是保证环路热管正常工作的关键参数，工质充装量不足，环路热管运行不稳定；工质充装量过多，冷凝器换热面积减小，传热能力下降。对于给定的环路热管产品，为保证其在指定工作温区的传热性能，需要精确控制工质充装量。
[0005]对于基于环路热管的大规模热耦合系统，无法通过称重法获得产品的实际充装量，工程实施过程中管路长度误差累计，导致理论充装量无法精确计算；地面重力场下，管径大于5mm的管路中气液比例受环路热管姿态和运行状态影响较大，导致工质气液分布状态量无法精确控制，地面调试难度较大。
[0006]航天器服役环境较为复杂，设计的低温工作点和高温工作点在大气环境下难以模拟，大规模热真空试验实施难度较高，且成本和周期大幅增加。如何在地面重力场下对环路热管产品进行工质定量充装和调试是产品应用于大规模航天器的技术难题。
[0007]CN201110063596.6一种中低温区环路热管的工质充装装置及方法，公开了一种中低温区环路热管的工质充装装置及方法，利用重力辅助作用，通过组合控制阀门开启关闭，观察石英管中的工质量，精确控制所需充装的工质量。该装置和方法不适用于大规模航天器热耦合系统，其一是大规模热耦合环路热管产品体积庞大、空间构型复杂，难以将姿态调整至所需的重力辅助姿态；其二该装置应用于大规模环路热管产品时，沿程管路中气液比例受姿态和运行状态影响较大，石英管观察到的读数无法准确反应实际工质量。

技术实现思路

[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种环路热管工质充装量等效调试方法，利用工质的热胀冷缩效应，获得在轨服役工况的等效气液状态，通过设置气液分离管路实现气液分离，并在气液分离管路上布置温度测点监测调试过程中的气液界面位置。
[0009]一种环路热管工质充装量等效调试方法，所述环路热管包括充液管、蒸发器、储液器、蒸气管路、液体管路以及冷凝器，冷凝器的下游设置有一段气液分离管路，且气液分离管路上布置有有限数量的温度测点，充液管的入口处连接有一段间接排放管路，且充液管与间接排放管路之间设置有第一阀门，间接排放管路与外界管路之间设置有第二阀门；所述方法为：
[0010]S1：令环路热管工作于低温等效工况，并向环路热管中充入工质，其中，工质的实际充入量大于理论充装量，此时间接排放管路中无工质；
[0011]S2：打开第一阀门，使工质逐渐进入间接排放管路后，关闭第一阀门；通过温度测点监测气液分离管路中的气液界面是否移动至第一指定位置，若为否，则打开第二阀门将间接排放管路中的工质排放至外界管路后再重新执行步骤S2，若为是，进入步骤S3；
[0012]S3：令环路热管工作于高温等效工况，通过温度测点监测气液分离管路中的气液界面是否回退至第二指定位置，若为是，则环路热管中的工质的充装量与理论充装量之间的误差满足设定要求。
[0013]进一步地，步骤S3中，若气液分离管路中的气液界面未回退至第二指定位置，则重新充入工质并重新执行步骤S1～S2，直到环路热管中的工质的充装量与理论充装量之间的误差满足设定要求。
[0014]进一步地，冷凝器的下游设置有一段气液分离管路，使工质经过气液分离管路后完成气液分离，并在气液分离管路上布置温度测点监测调试过程中的气液界面位置；同时，所述气液分离管路为内径小于3mm的管体或套管结构。
[0015]进一步地，工质的理论充装量的获取方法为：
[0016]通过仿真获取环路热管在轨使用时各组件的预期温度状态，对应可以获得工质密度，在已知各组件容积的情况下，计算得到工质的理论充装量。
[0017]进一步地，地面重力场下环路热管内部工质气液分布状态的调节方法为：
[0018]使用热电致冷器对储液器进行制冷，使用模拟加热器对蒸发器进行加热，使环路热管内部工质按照设计状态循环流动，使用气液分离管路完成气液分离后，内部工质分布状态为：储液器被液体工质填充，液体管路被液体工质填充，冷凝器内部分被液体工质填充、部分被气体工质填充，蒸气管路被气体工质填充，蒸发器内毛细芯被液体工质填充。
[0019]进一步地，令环路热管工作于低温等效工况的方法为：
[0020]使用热电致冷器将储液器冷却至21
±
1.5℃，使用模拟加热器将蒸发器加热至31
±
1.5℃，采用对流或辐射方式对冷凝器进行冷却，使得蒸气管路的温度维持在31
±
1.5℃，液体管路的温度维持在23
±
1.5℃；
[0021]同时，工质在低温等效工况下体积收缩，工质优先填充蒸发器、储液器以及液体管路后，剩余工质可以填充部分气液分离管路。
[0022]进一步地，令环路热管工作于高温等效工况的方法为：
[0023]使用热电致冷器将储液器冷却至27
±
1.5℃，使用模拟加热器将蒸发器加热至37
±
1.5℃，采用对流或辐射方式对冷凝器进行冷却，使得蒸气管路的温度维持在37
±
1.5℃，液体管路的温度维持在33
±
1.5℃；
[0024]同时，工质在高温等效工况下体积膨胀，工质优先填充蒸发器、储液器以及液体管路后，剩余工质可以完全填充气液分离管路。
[0025]进一步地，间接排放管路的总容积小于气液分离管路的总容积，两者的截面直径相同，均为毫米量级。
[0026]有益效果：
[0027]1、本专利技术提供一种环路热管工质充装量等效调试方法，利用液体工质热胀冷缩效应，获得在轨服役工况的等效气液状态；通过对环路热管各组件进行控温，调节回路内部工质的气液分布状态；设置气液分离管路实现气液分离，并在气液分离管路上布置温度测点监测调试过程气液界面位置；通过间接排放工质的管路和阀门实现工质的定量排放，实现工质量的精准调试；由此可见，本专利技术适应性好，在地面重力场下，无需调整姿态就可以对大规模、复杂构型的环路热管产品进行工质充装量精准调试；结构简单，实施方便；间接排放管路结构可以实现工本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环路热管工质充装量等效调试方法，所述环路热管包括充液管、蒸发器、储液器、蒸气管路、液体管路以及冷凝器，其特征在于，冷凝器的下游设置有一段气液分离管路，且气液分离管路上布置有有限数量的温度测点，充液管的入口处连接有一段间接排放管路，且充液管与间接排放管路之间设置有第一阀门，间接排放管路与外界管路之间设置有第二阀门；所述方法为：S1：令环路热管工作于低温等效工况，并向环路热管中充入工质，其中，工质的实际充入量大于理论充装量，此时间接排放管路中无工质；S2：打开第一阀门，使工质逐渐进入间接排放管路后，关闭第一阀门；通过温度测点监测气液分离管路中的气液界面是否移动至第一指定位置，若为否，则打开第二阀门将间接排放管路中的工质排放至外界管路后再重新执行步骤S2，若为是，进入步骤S3；S3：令环路热管工作于高温等效工况，通过温度测点监测气液分离管路中的气液界面是否回退至第二指定位置，若为是，则环路热管中的工质的充装量与理论充装量之间的误差满足设定要求。2.如权利要求1所述的一种环路热管工质充装量等效调试方法，其特征在于，步骤S3中，若气液分离管路中的气液界面未回退至第二指定位置，则重新充入工质并重新执行步骤S1～S2，直到环路热管中的工质的充装量与理论充装量之间的误差满足设定要求。3.如权利要求1所述的一种环路热管工质充装量等效调试方法，其特征在于，冷凝器的下游设置有一段气液分离管路，使工质经过气液分离管路后完成气液分离，并在气液分离管路上布置温度测点监测调试过程中的气液界面位置；同时，所述气液分离管路为内径小于3mm的管体或套管结构。4.如权利要求1所述的一种环路热管工质充装量等效调试方法，其特征在于，工质的理论充装量的获取方法为：通过仿真获取环路热管在轨使用时各组件的预期温度状态，对应可以获得工质密度，在已知各组件容积的情况下，计算得到工质的理论充装量。5.如权利要求1所述的一种环路热管工质充装量等效调试方...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵秉吉，徐亚威，张红星，苗建印，孟恒辉，韩涛，赵晨露，李睿，李沂乘，洪斌，杨春，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：