IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
空间冷凝相变传热实验与实验技术研究
Alternative TitleStudy on Space Condensation Experiment Technology and Ground Experiment in Condensation and Heat Transfer
晏硕
Thesis Advisor刘秋生
2017
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype硕士
Degree Discipline流体力学
Abstract冷凝相变和热质传输过程在地基和空间热流体设备中具有广泛应用,微重力环境中的冷凝动力学与相变传热机制是国际空间实验研究的热点和难点之一。冷凝相变传热传质作为空间两相流研究的重要理论基础,对其进行深入的研究不仅能够有效推动两相流动与热物理学科的发展,对于实际工程应用以及航天事业也有着直接而深入的影响。但到目前为止,微重力环境下的相变传热实验与实验技术的研究仍旧是一个需要更多探究的领域,如何改进实验技术,设计完成空间相变实验,分析冷凝传热与传质规律十分重要。空间实验装置的地基科学匹配实验作为考虑重力因素的重要支撑,既能得到有效科学实验数据,参与其他实验结果及理论计算的分析比对,还能为未来空间相变实验的开展与实验技术如空间流体机械、空间生物保障系统的开发提供理论依据。 本文针对不同重力条件下的两相流与相变传热问题的空间实验研究需求,开展蒸发与冷凝相变循环实验方案研究,设计空间蒸发与冷凝实验原理样机和研发相关关键实验技术。适用于空间环境的高精度、小型一体化激光干涉测量仪能对蒸发冷凝实验过程中的液膜变化进行可视化、非接触式的测量,攻克蒸发冷凝相变传热过程中温度组合热控、蒸气发生器和组合实验腔等关键技术,集成多物理量(温度、热流量、压力等)测量技术,满足加热和冷却热控制、蒸发与冷凝环境控制、温度测量等实验要求,实现两相流体相变传热系统空间实验关键技术的突破。 采用HFE-7100实验工质,分别利用研制的地基实验平台与空间蒸发冷凝实验原理样机进行了多种不同工况下的凝结实验研究,就其非稳态冷凝过程与传热特性进行了分析研究。分别使用高清CCD相机及激光干涉测厚仪等光学测量手段对HFE-7100在经表面处理的不锈钢与黄铜冷凝台表面进行可视化监测,搭配温度,压力热流量等物理量的实时采集测量,深入揭示了不同控制参数下HFE-7100实验工质冷凝相变的传热规律。 以我国首艘货运飞船天舟一号“两相系统实验平台关键技术研究”项目为依托,参与空间蒸发冷凝实验装置冷凝科学实验系统设计工作,完成飞行件实验装置的力学、热循环、科学匹配等相关技术试验,提出改进方案完善实验装置,提高空间冷凝实验技术,为完成空间冷凝科学实验提供了优良可靠的硬件实验条件。 借助 “两相系统平台关键实验技术研究系统”实验平台,以FC-72作为工质,在地面完成空间冷凝实验的科学匹配实验,作为与后续空间在轨冷凝实验结果比对的重要数据。改变蒸汽注入量、过冷度、不凝气体含量,研究不同条件下的冷凝传热过程,以及对热流密度与冷凝传热系数的影响,并与理论计算值比较;使用红外热像仪、高清CCD、辅以侧视CCD对冷凝实验进行可视化监测,寻找冷凝液膜形成起始点,观察冷凝液膜从形成到不断演化变厚、脱落过程中的温度场变化。 论文综合实验结果分析与实验技术探究,根据我国首次空间冷凝实验装置的研制提出了完整实验方案,研制了地基冷凝实验系统和空间实验原理样机,以此获得了前期冷凝实验研究的地基结果,对实验结果进行了分析讨论,研究结果充分验证了货运飞船蒸发与冷凝空间实验装置与冷凝实验技术的可行性,为空间冷凝在轨实验实施及其科学结果分析提供了重要的地基实验比对结果。发展了微重力环境下冷凝相变换热空间实验技术,为未来空间冷凝相变传热实验研究任务的实施提供了方案设计依据和实验技术基础。
Call NumberMas2017-028
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60424
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
晏硕. 空间冷凝相变传热实验与实验技术研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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