[发明专利]重力驱动两相流体回路中储液器和工质充装量的匹配方法

摘要

本发明公开了一种重力驱动两相流体回路中储液器和工质充装量的匹配方法。使用本发明能够科学、准确地获得充装量和储液器结构特征参数，流体回路能适应极宽温区的温度变化，保证流体回路正常运行，安全可靠。本发明首先基于最高、最低工作温度条件计算储液器体积和充装量，然后基于高温存贮条件校核步骤1计算结果的合理性，然后基于约束条件迭代求解储液器净空间尺寸，最后基于材料屈服和爆破性能计算储液器壁厚，最终获得满足流体回路运行要求、安装要求、恶劣环境要求的储液器结构尺寸和工质充装量。

主权项

一种重力驱动两相流体回路中储液器和工质充装量的匹配方法，所述重力驱动两相流体回路由蒸发器、蒸汽管路、冷凝管路、储液器、控制阀和液体管路组成，其中，除储液器以外的部件组成外回路，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于最高、最低工作温度条件计算储液器体积和充装量：本步骤中，根据式(1)和式(2)求解储液器体积Vcc和工质充装质量m：ρl.high(VCC+VLL)+ρv.high(VEV+VVL+VCond)＝m         (1)ρl.low(VLL+VEV+VVL+VCond+βVCC)+ρv.low(1‑β)VCC＝m       (2)其中，ρl.high为最高工作温度时液态工质的密度，ρv.high为最高工作温度时气态工质的密度；ρl.low为最低工作温度时液态工质的密度，ρv.low为最低工作温度时气态工质的密度；VLL为液体管路体积，VEV为蒸发器体积，VVL为蒸气管路体积，VCond为冷凝管路体积，β为最低工作温度时储液器中液态工质体积百分比；所述最高工作温度和最低工作温度为热控技术要求的温度；步骤2，基于高温存贮条件校核步骤1计算结果的合理性：本步骤中，将步骤1计算获得的储液器体积Vcc和工质充装质量m代入公式(3)中，如果公式(3)成立，则转入步骤3，否则，改变外回路的结构参数或热控技术要求，返回步骤1；ρl.lim(VLL+VEV+VVL+VCond+VCC)＞m          (3)其中，ρl.lim为极限高温存贮温度对应的液态工质的密度；步骤3，基于约束条件迭代求解储液器净空间尺寸：本步骤中，首先基于步骤1确定的储液器体积Vcc和储液器安装位置约束获得储液器的高度D、半径R的初步范围F1，然后根据姿态适应性约束和运行稳定性约束将储液器的高度D、半径R的范围由F1缩小为F2；其中，姿态适应性约束条件为R≤K1-(H1-H1cosθ+asinθ)sinθ---(4)]]>运行稳定性约束条件为D≥4mπK21ρ2(Tmax)dρdT---(5)]]>其中，H1为水平姿态下储液器液面和蒸发器底部的高度差，θ为月面倾斜角，a为蒸发器中心轴和储液器中心轴的距离，K1为工程上允许的驱动高度最大变化量，K2为温度引起的驱动高度的最大变化量，ρ(Tmax)为最高工作温度Tmax时的液态工质的密度，为液态工质密度ρ对温度T的微分；如果储液器安装位置约束、姿态适应性约束和运行稳定性约束能够同时满足，则转入步骤4，否则，改变外回路的结构参数或热控技术要求，返回步骤1；步骤4，基于材料屈服和爆破性能计算储液器壁厚：本步骤中，从步骤3中计算获得的储液器的高度、半径范围F2中选择一个半径，并代入下面两个公式计算储液器壁厚：其中，S0.2为最高工作温度时储液器材料的屈服安全系数；Sb为最高工作温度时储液器材料的爆破安全系数；σ0.2为最高工作温度时储液器材料的屈服强度；σb为最高工作温度时储液器材料的抗拉强度；δ为储液器壁厚；Pmax为最高工作温度时工质的饱和压力；为焊缝系数；联立公式(6)、(7)获得的最小壁厚即为储液器的壁厚；则工质充装质量为步骤1获得的工质充装质量m，储液器尺寸为步骤4中确定的储液器半径、以及该半径对应的储液器高度和壁厚尺寸。