[发明专利]一种流动沸腾换热特性测试装置及测试方法

说明书

本发明提供一种流动沸腾换热特性测试装置及测试方法，涉及空间传热技术领域。流动沸腾换热特性测试装置包括流动沸腾换热回路、加热单元和旋转单元；流动沸腾换热回路包括蒸发器、泵和冷凝器，蒸发器呈长条形设置。利用旋转单元驱使蒸发器旋转，使蒸发器的长度方向与水平面之间呈预设角度，从而使工质所受重力沿垂直于流动方向上的分力发生变化。当预设角度在0‑90°范围内变化时，由于重力对流动沸腾现象的影响主要体现在该分力引起的浮力的影响，故流动沸腾换热特性测试装置能够模拟常重力环境、微重力环境以及介于常重力与微重力之间的重力环境下的流动沸腾现象，且对于实验条件要求不严苛，操作简便，大大降低了实验的难度。

技术领域

本发明涉及空间传热技术领域，尤其涉及一种流动沸腾换热特性测试装置及测试方法。

背景技术

随着人类对太空的探索不断深入，未来的空间探测器走向深空将面临着能源供给方式的革新。空间探测器进行深空探测时，随着到太阳的距离越来越远，其所接收到的太阳辐射热流急剧下降，空间热环境也更加恶劣，采用常规的电源系统和热控系统已经难以满足探测器的生存需求。未来先进电源系统功率大大提高、寿命周期长，但是系统效率普遍不高于20％，其余大部分能量都转化为了空间探测器产生的废热。这些废热如果不能及时、高效地排散出去，将会导致空间探测器热管理失衡，严重的可能会威胁人员、设备安全。

沸腾换热是由沸腾和两相流动两种物理现象耦合在一起的，伴随着气液相变的热量传递过程。沸腾换热是一种高效的换热方式，而水工质具有清洁环保、无毒无害、物理和化学性质稳定、临界温度高、相变潜热大、储能密度高、导热系数高等优点，因此水工质流动沸腾换热回路是针对高温电源系统散热的一种理想热控方案。

目前，针对流动沸腾换热特性的实验研究主要有常重力环境实验和微重力环境实验。一方面，常重力环境下的实验所得结论不能保证在空间微重力环境中仍然成立，也无法适用介于常重力与微重力之间的重力环境。另一方面，目前进行微重力环境实验的手段主要是采用各种失重设备(如空间飞行器、失重飞机、落塔等)创造微重力环境，直接测试微重力环境下的流动及传热特性，其实验成本较高，实验装置和操作复杂，且失重飞机和落塔等微重力持续时间较短，实验过程中残余重力的剧烈波动会影响实验的准确性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的之一是提供一种流动沸腾换热特性测试装置。

本发明提供如下技术方案：

一种流动沸腾换热特性测试装置，包括流动沸腾换热回路、加热单元和旋转单元；

所述流动沸腾换热回路包括蒸发器、泵和冷凝器，所述蒸发器呈长条形设置，所述蒸发器的入口连通所述泵的出口，所述蒸发器的出口连通所述冷凝器的入口，所述冷凝器的出口与所述泵的入口相连；

所述蒸发器和所述加热单元均设于所述旋转单元，所述蒸发器受所述旋转单元的驱使而旋转至与水平面之间呈预设角度，所述加热单元可加热所述蒸发器；

其中，所述预设角度的绝对值不大于90°。

作为对所述流动沸腾换热特性测试装置的进一步可选的方案，所述加热单元为感应加热设备，所述感应加热设备包括感应线圈，所述感应线圈环设于所述蒸发器，所述蒸发器为导电材质。

作为对所述流动沸腾换热特性测试装置的进一步可选的方案，所述蒸发器的入口和出口均接有金属软管。

作为对所述流动沸腾换热特性测试装置的进一步可选的方案，所述流动沸腾换热回路还包括储液器，所述储液器的出口接于所述冷凝器的出口与所述泵的入口之间。

作为对所述流动沸腾换热特性测试装置的进一步可选的方案，所述储液器上设有温度调节件，所述温度调节件可调节所述储液器内工质的温度，以控制所述流动沸腾换热回路的压力。