[发明专利]一种近地轨道下空间堆热管辐射器传热特性分析方法

说明书

一种近地轨道下空间堆热管辐射器传热特性分析方法，主要步骤如下：1、确定空间堆运行轨道高度、倾角、周期，确定辐射器结构与初始参数，输入热管热源、热阱温度，设定计算时间；2、对辐射器的热管及翅片划分控制体，初始化计算；3、计算热管管壁、吸液芯及蒸汽腔温度随时间变化率；4、计算当前时刻太阳辐射热流密度；5、计算翅片温度随时间变化率；6、利用吉尔算法求解热管及翅片温度，跳到步骤3进行下一时刻的计算，循环计算直到达到设定时间。本发明的方法可以计算近地轨道下空间堆热管辐射器传热特性，并且在计算时可以得到更精确的计算结果。

技术领域

本发明涉及空间核反应堆领域，具体涉及一种近地轨道下空间堆热管辐射器传热特性分析方法。

背景技术

随着空间探测对能源的要求不断提高，空间核反应堆因其寿命长，能量密度高已成为未来太空中重要的动力来源。而在宇宙空间的运行环境中，空间核反应堆的设计中广泛采用热管辐射器排放废热，在热管辐射器的设计中可能出现以下问题：1)如废热不能及时排出，堆芯将面临熔融风险；2)如热量排出过多，将可能导致工作流体出现冷凝，这一现象极可能出现在液态金属冷却反应堆启动前期；3)近地轨道下，空间堆辐射器将受到太阳辐射热流密度的影响，导致辐射器性能下降，甚至可能会由于温度的剧烈变化产生较大热应力，使辐射器发生变形。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种近地轨道下空间堆热管辐射器传热特性分析方法，该方法考虑了太阳辐射热流密度的影响，依次对辐射器热管及翅片进行计算，可以得到热管辐射器在近地轨道下的温度分布。本发明为空间堆热管辐射器在近地轨道下的换热技术提供理论建议与指导，为高效、安全的热管辐射器设计提供方法。

为了实现上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种近地轨道下空间堆热管辐射器传热特性分析方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：确定空间堆运行轨道高度、倾角和周期，确定辐射器结构与初始参数，输入热管热源和热阱温度，设定计算时间；

步骤2：对辐射器的热管及焊接在热管上的翅片划分控制体，热管沿径向和轴向划分控制体，翅片沿热管轴向及垂直于热管方向划分控制体，初始时刻对每个控制体设定同一温度；

步骤3：对当前时刻热管进行传热计算，计算热管管壁、吸液芯及蒸汽腔温度随时间变化率；

热管由管壁、吸液芯及蒸汽腔组成，对热管的传热计算包括管壁导热，吸液芯流动换热，及蒸汽腔的流动换热，其传热方程如下：

管壁区域

吸液芯区域：

蒸汽区域：

式中：

C_w——管壁区域体积热容/J·m^-3·K^-1

C_eff——吸液芯有效体积热容/J·m^-3·K^-1

C_v——蒸汽区域体积热容/J·m^-3·K^-1

T_w——管壁温度/K

T_ws——吸液芯温度/K

T_w——管壁温度/K

T——蒸汽温度/K

t——时间/s