[发明专利]利用磁性筛网进行气液分离的装置、工作方法及空间飞行器

说明书

本发明提供了一种利用磁性筛网进行气液分离的装置、工作方法及空间飞行器，包括：进口、壳体、带筛网通道以及出口；所述壳体一端安装所述进口，所述壳体另一端安装所述出口；所述壳体内安装所述带筛网通道；所述带筛网通道形成梯度磁场，气液混合流体通过所述进口流入所述带筛网通道并通过所述梯度磁场分离出不夹气液体，所述不夹气液体通过所述出口排出。本装置通过对气液混合施加磁化力，提高筛网液膜阻气的能力，因此获得更好的不夹气排液性能。

技术领域

本发明涉及气液分离装置，具体地，涉及利用磁性筛网进行气液分离的装置、工作方法及空间飞行器。

背景技术

筛网是实现微重力下无加速度环境中气液分离的主要手段之一，在空间流体传输中占有重要地位。在空间微重力环境中，气液流体处于漂浮状态，因此流体在空间中进行液体传输时，可能会卷携气体传递至下游。为了实现不夹气的液体传输，国内外研究者发现利用筛网及复合装置可以实现一定压差下的不夹气排液。在该装置中，球形容器内的流体需通过筛网进入四根90度放置的通道内，汇集至出口的收集器后通过出口进行排放。在该装置中，筛网的性能决定了装置的有效性。液体附着在筛网表面并进入致密的筛孔(微米级)，在筛网表面形成一层液膜。气体若要突破液膜需提高局部压力，液膜的表面张力大小决定了液膜两侧的压差，已成熟应用的筛网性能在千帕量级。

筛网及含筛网的通道在容器中进行工作时，一般具有如下特点：

1、编织密度高，经丝和纬丝之间形成微米级通道。筛网一般由金属丝编织而成，因不锈钢可以拉出很细的丝，所以高致密度的筛网一般由不锈钢制成，如450*2750筛网，而铝丝稍软，可以做出不高于200*1400的筛网。

2、有效气液分离过程中，筛网表面液膜完整，未发生破裂。若液膜破裂，气体突破液膜产生第一个气泡时液膜两侧的压差称为泡破点，因此筛网的作用就是在一定的压差内利用液膜维持气液分离的有效性。

3、泡破点越高，筛网的气液分离越强。泡破点压差能够支撑液体的静压和液体流过筛网的压损，当液体的静压和压损小于泡破点时，液膜不会发生破裂。而编织越致密的筛网，泡破点也越高，筛网的气液分离能力越强，通常会根据需要选择不同的筛网，实现不同的功能。

4、泡破点与液体的表面张力系数成正比。低温推进剂表面张力系数低，泡破点只有常温推进剂的一半，为了提高低温推进剂的操作裕度，亟需提高低温推进剂的泡破点。

综上所述，对于采用低温推进剂的空间飞行器贮箱，其气液分离装置的性能急需提高，以满足未来在轨操作的需要。目前强化气液分离的措施主要有：

1、提高筛网编织密度。泡破点与筛网的孔隙成反比，编织密度越高，筛网的孔径越小，泡破点越高。

2、提高推进剂的过冷度。相同的流体温度下，推进剂的过冷度越大，推进剂的泡破点越高。

这两种方式都具有一定的缺点，筛网的编织密度取决于当下的加工水平，高致密度、筛孔高度均匀的筛网目前制作还有难度。而在飞行开始时推进剂的过冷度会随着飞行中漏热的发生逐渐降低，而维持过冷度所采用的空间制冷机会增加航天器的重量，且需消耗大量的电能。具体到本专利，需提供一种微重力下低成本、低耗能且具有较好气液分离能力的装置。

专利文献CN111776256A涉及一种金属网幕泡破压力主动调节的起动篮装置，包括外部包裹绝热层的低温贮箱，低温贮箱底部设置液体排放口，低温贮箱内底部放置起动篮，起动篮的顶部设置排气管，排气管顶部出口设置第二金属网幕，起动篮的圆锥表面设置第一金属网幕；低温贮箱外部环绕布置螺线管，螺线管或内置于低温贮箱浸泡于液氢、液氧流体中；螺线管通过电导线与电源连接；电导线上设置电开关。该专利需要额外对螺线管通电提供磁场，耗能高。