[发明专利]空间气液两相热传输系统的重力无关性设计方法

权利要求书

1.一种空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：建立两相流动结构中的主导作用力模型并确定重力无关性Bond数临界值和气相表观Froude数临界值

其中主导作用力模型为：

ρ_L是液相密度，ρ_G是气相密度，g是重力加速度，σ是表面张力，U_SG是气相表观流速，D₁和D₂是管道重力无关直径；Bo_cr是重力无关性Bond数临界值，Fr_SG,cr是气相表观Froude数临界值，Bo_cr与Fr_SG,cr根据试验确定；

S2：基于重力无关性Bond数主导作用力模型，确定所采用工质在各饱和温度下的两相流管路组件的第一管道重力无关临界直径D_1,cr；

S3：基于重力无关性Froude数主导作用力模型，确定重力无关约束下两相流管路组件内的最低气相表观流速U_SG,min，并转化为系统最小质量流速；

S4：考虑工质选择、系统/局部热负荷要求以及系统换热部件散热性能约束条件，确定换热部件内质量流速与热力学平衡干度、管道内径之间的约束关系，计算两相流管路组件的第二管道重力无关临界直径D_2,cr；

S5：根据系统运动工作温度或系统饱和压力范围，确定管道重力无关上限值D：

D≤max(D_1,cr，D_2,cr)。

2.根据权利要求1所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：根据系统构型需求进行系统整体布局设计，遵循两相段水平流道、系统平面布局、两相流动垂直向下以及重位压降校正的方式确定主要部件的相对位置和管道内工质流动方向。

3.根据权利要求1或2所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：步骤S2中的第一管道重力无关临界直径D_1,cr：

4.根据权利要求1或2所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：步骤S3中的最低气相表观流速U_SG,min：

将最低气相表观流速转化为系统最小质量流速G_g,min：

其中，x为两相流干度。

5.根据权利要求4所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：步骤S4中换热部件内质量流速与热力学平衡干度、管道内径之间的约束关系：

G＝4qA/(πxD²h_evap)

式中，G为质量流速，q为热流密度，A为加热/冷凝面积，h_evap为工质汽化潜热；

得到两相流管路组件的第二管道重力无关临界直径D_2,cr：

6.根据权利要求2所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：两相段水平流道要求两相流管段应尽量水平布置。

7.根据权利要求6所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：系统平面布局要求系统整体布局应尽量保证在同一水平面内。

8.根据权利要求7所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：两相流动垂直向下要求若无法避免两相流管段高度差异的存在，相应管段两相流动方向应设计为垂直向下。

9.根据权利要求8所述的空间气液两相热传输系统重力无关性设计方法，其特征在于：重位压降校正要求若无法避免系统部件之间高度差异的存在，有高度差的管段应尽量保证单相流动状态，且与空间应用相比较时，需要对地面测试结果做单相静压梯度和/或两相重位压降校正。