本發(fā)明屬于熱控與熱防護(hù)試驗(yàn)，具體涉及一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)和工作方法。

背景技術(shù)：

1、主動發(fā)汗冷卻是以多孔介質(zhì)為載體并利用工質(zhì)對受熱表面進(jìn)行冷卻的技術(shù)，具備冷卻效率高、方便調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)，但其冷卻效率影響因素較多，具體有外熱流、多孔結(jié)構(gòu)自身特性、工質(zhì)特性及工質(zhì)流量等，這些因素又相互耦合影響，這為主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研制增加了難度。目前，現(xiàn)有試驗(yàn)系統(tǒng)只進(jìn)行單一工質(zhì)的定質(zhì)量或定壓力調(diào)節(jié)，且控制和數(shù)據(jù)采集精度差，同時(shí)未實(shí)現(xiàn)多種影響因素的調(diào)節(jié)與控制，即無法考核多種因素的耦合作用。

2、因此，為研究不同因素對發(fā)汗冷卻效率影響及其詳細(xì)傳熱機(jī)理特性，需建立一套能夠多參數(shù)調(diào)節(jié)和適應(yīng)不同試驗(yàn)環(huán)境的高精度主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有主動發(fā)汗冷卻試驗(yàn)系統(tǒng)的不足，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)調(diào)控和適應(yīng)不同試驗(yàn)環(huán)境的試驗(yàn)系統(tǒng)和工作方法，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)系統(tǒng)能夠進(jìn)行工質(zhì)種類、溫度、流量及供液壓力精確調(diào)節(jié)和測量，以適應(yīng)不同試驗(yàn)環(huán)境和試驗(yàn)工況等需求。

2、本發(fā)明提供一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，構(gòu)成該系統(tǒng)包括：氣瓶，低溫貯箱，常溫貯箱，儲液箱，微量天平，高頻電磁閥，安全閥，調(diào)節(jié)閥，減壓閥，電磁閥，電容式液位計(jì)，伺服泵，換熱器，壓力傳感器，溫度傳感器，常溫流量計(jì)，低溫流量計(jì)，氣體流量計(jì)，控制計(jì)算機(jī)，紅外點(diǎn)溫儀。

3、其中，氣瓶用來貯存氣態(tài)試驗(yàn)工質(zhì)，并給低溫貯箱、常溫貯箱及儲液箱增壓，或直接為試驗(yàn)系統(tǒng)提供試驗(yàn)工質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求貯存合適的工質(zhì)。

4、低溫貯箱用于貯存低溫試驗(yàn)工質(zhì)，直接為試驗(yàn)系統(tǒng)提供試驗(yàn)工質(zhì)，或?yàn)闅饴飞系膿Q熱器提供冷卻介質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求貯存合適的工質(zhì)。

5、常溫貯箱用于貯存常溫試驗(yàn)工質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求貯存合適的工質(zhì)。

6、儲液箱外形為圓柱形，用于貯存常溫試驗(yàn)工質(zhì)，用軟管與外部管路連接，以排除硬管對天平測量的影響，安裝在微量天平上。

7、微量天平用于測量儲液箱工質(zhì)重量的變化。

8、高頻電磁閥用于控制試驗(yàn)工質(zhì)的通斷，響應(yīng)時(shí)間0.5ms以內(nèi)，安裝在管路上。

9、安全閥用于保護(hù)貯箱及裝置安全，當(dāng)貯箱氣枕區(qū)壓力大于設(shè)定安全壓力時(shí)打開，安裝在常溫貯箱或低溫貯箱的上封頭管路上。

10、調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)閥門開度來控制流向換熱器低溫介質(zhì)的流量，安裝在低溫貯箱與換熱器的管路上。

11、減壓閥用于將氣瓶供氣壓力減壓到試驗(yàn)要求值，安裝在氣瓶供氣管路上。

12、電磁閥用于控制試驗(yàn)工質(zhì)的通斷，安裝在管路上。

13、電容式液位計(jì)用于測量貯箱內(nèi)液體高度，安裝在貯箱內(nèi)部。

14、伺服泵用于控制試驗(yàn)工質(zhì)的流動速度，安裝在管路上。

15、換熱器為氣體流通區(qū)與液體流通區(qū)集成的一體式換熱輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣體流通區(qū)域?yàn)辄c(diǎn)陣夾芯式結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)四周包覆隔熱材料，氣體進(jìn)出口安裝在氣體管路上，液體進(jìn)口安裝在液體管路上，液體出口為排放口。

16、壓力傳感器用于測量管路及貯箱內(nèi)部的壓力，安裝到貯箱和管路上。

17、溫度傳感器用于測量管路中工質(zhì)的溫度，安裝到管路上。

18、低溫流量計(jì)用于測量低溫工質(zhì)的質(zhì)量流量，安裝到低溫工質(zhì)管路上。

19、常溫流量計(jì)用于測量常溫工質(zhì)的質(zhì)量流量，安裝到常溫工質(zhì)管路上。

20、氣體流量計(jì)用于測量氣體工質(zhì)的質(zhì)量流量，安裝到氣體工質(zhì)管路上。

21、控制計(jì)算機(jī)用于采集所有溫度、壓力、流量等數(shù)據(jù)，并依據(jù)試驗(yàn)工況對泵、閥等組件進(jìn)行控制。

22、紅外點(diǎn)溫儀用于測量試驗(yàn)件試驗(yàn)工程中的某一點(diǎn)表面溫度，可穿透火焰等試驗(yàn)高溫?zé)嵩催M(jìn)行測量。

23、本發(fā)明還提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)多參數(shù)調(diào)控和適應(yīng)不同試驗(yàn)環(huán)境的試驗(yàn)系統(tǒng)的工作方法，包括5種路徑：

24、路徑1：常溫工質(zhì)定壓力模式流動路徑；

25、路徑2：常溫工質(zhì)定流量模式(流量≥0.3g/s)流動路徑。此模式適用于中/大型試驗(yàn)件；

26、路徑3：常溫工質(zhì)定流量模式(流量＜0.3g/s)流動路徑，此模式適用于小型試驗(yàn)件或較低熱流狀態(tài)；

27、路徑4：低溫工質(zhì)定壓力模式流動路徑；

28、路徑5：氣體工質(zhì)定溫定壓模式流動路徑。

29、本發(fā)明的有益效果如下：

30、1.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)工質(zhì)的種類、壓力、溫度及質(zhì)量流量的調(diào)節(jié)與精確測量，可滿足不同的主動發(fā)汗冷卻試驗(yàn)工況及試驗(yàn)條件的需求，例如燃?xì)馍淞髟囼?yàn)臺、電弧風(fēng)洞及石英燈陣加熱器等；

31、2.本發(fā)明利用微量天平實(shí)現(xiàn)了小質(zhì)量流量的高精度測量，可滿足了小試驗(yàn)件、低熱流密度的試驗(yàn)工況需求；

32、3.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)工質(zhì)的種類調(diào)節(jié)，試驗(yàn)工質(zhì)可在常溫工質(zhì)、低溫工質(zhì)及氣體工質(zhì)中進(jìn)行選擇，可滿足主動冷卻不同介質(zhì)的需求；

33、4.本發(fā)明利用一體式換熱結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了氣體試驗(yàn)工質(zhì)的溫度調(diào)控，控溫范圍80k～300k，可滿足主動冷卻不同氣體工質(zhì)溫度的要求。

技術(shù)特征：

1.一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括：氣瓶，低溫貯箱，常溫貯箱，儲液箱，微量天平，高頻電磁閥，安全閥，調(diào)節(jié)閥，減壓閥，電磁閥，電容式液位計(jì)，伺服泵，換熱器，壓力傳感器，溫度傳感器，常溫流量計(jì)，低溫流量計(jì)，氣體流量計(jì)，控制計(jì)算機(jī)，紅外點(diǎn)溫儀，所述控制計(jì)算機(jī)用于采集溫度、壓力、流量數(shù)據(jù)，并依據(jù)試驗(yàn)工況對系統(tǒng)內(nèi)組件進(jìn)行控制，該系統(tǒng)的試驗(yàn)工質(zhì)能夠在常溫工質(zhì)、低溫工質(zhì)及氣體工質(zhì)中選擇，該系統(tǒng)的一體式換熱結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié)氣體試驗(yàn)工質(zhì)穩(wěn)定。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣瓶用來貯存氣態(tài)試驗(yàn)工質(zhì)，并給低溫貯箱、常溫貯箱及儲液箱增壓，或直接為試驗(yàn)系統(tǒng)提供試驗(yàn)工質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求貯存工質(zhì)；所述低溫貯箱用于貯存低溫試驗(yàn)工質(zhì)，直接為試驗(yàn)系統(tǒng)提供試驗(yàn)工質(zhì)，或?yàn)闅饴飞系膿Q熱器提供冷卻介質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求貯存工質(zhì)；所述常溫貯箱用于貯存常溫試驗(yàn)工質(zhì)，可根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)需求貯存工質(zhì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述儲液箱用于貯存常溫試驗(yàn)工質(zhì)，用軟管與外部管路連接，以排除硬管對天平測量的影響，安裝在微量天平上；所述微量天平用于測量儲液箱工質(zhì)重量的變化。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述微量天平的精度小于0.1mg。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述高頻電磁閥用于控制試驗(yàn)工質(zhì)的通斷，響應(yīng)時(shí)間0.5ms以內(nèi)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述安全閥安裝在常溫貯箱或低溫貯箱的上封頭管路上，用于保護(hù)系統(tǒng)安全，當(dāng)常溫貯箱或低溫貯箱氣枕區(qū)壓力大于設(shè)定安全壓力時(shí)打開；所述調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥門開度來控制流向換熱器低溫介質(zhì)的流量；所述減壓閥將氣瓶供氣壓力減壓到試驗(yàn)要求值，安裝在氣瓶供氣管路上；所述電磁閥用于控制試驗(yàn)工質(zhì)的通斷。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器為氣體流通區(qū)與液體流通區(qū)集成的一體式換熱輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，氣體流通區(qū)域?yàn)辄c(diǎn)陣夾芯式結(jié)構(gòu)，四周包覆隔熱材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的氣體工質(zhì)控溫范圍為80k～300k。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，包括5種流動路徑：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)的工作方法，其特征在于，路徑2適用于中大型試驗(yàn)件，路徑3適用于小型試驗(yàn)件或較低熱流狀態(tài)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種適用于主動發(fā)汗冷卻地面試驗(yàn)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：氣瓶，低溫貯箱，常溫貯箱，儲液箱，微量天平，高頻電磁閥，安全閥，調(diào)節(jié)閥，減壓閥，電磁閥，電容式液位計(jì)，伺服泵，換熱器，壓力傳感器，溫度傳感器，常溫流量計(jì)，低溫流量計(jì)，氣體流量計(jì)，控制計(jì)算機(jī)，紅外點(diǎn)溫儀。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)工質(zhì)的種類、壓力、溫度及質(zhì)量流量的調(diào)節(jié)與精確測量，可滿足不同的主動發(fā)汗冷卻試驗(yàn)工況及試驗(yàn)要求。

技術(shù)研發(fā)人員：吳俊,劉欣,鞏萌萌,張少華,周振君,余群,張宇輝,李佳欣,王騫,王思峰,潘瑤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京宇航系統(tǒng)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2