专利名称：一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构的制作方法
一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构
技术领域：
本发明涉及一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，属于环境模拟系统中热沉结 构设计领域。
背景技术：
地面模拟试验舱是卫星、飞船、空间站等航天器或航天器上零部件进行试验的主 要场所，为了在地面模拟试验舱内创造航天器在轨工作时太空中的“冷黑”环境，通常需要 在地面模拟试验舱中安装热沉。热沉采用低温吸附技术抽除试验舱内的气体和试验过程中 试验件放出的气体，使试验舱内达到高真空或极高真空，通过在热沉表面喷涂特制黑漆来 保证其对太阳光的吸收率和热沉本身的发射率，模拟太空中“黑”环境。热沉的抽气能力与 热沉表面的温度和表面积成线性关系，且只能抽除冷凝温度比热沉自身温度高的气体，通 常试验舱内氮气、氢气、氩气等含量较高时，需要液氦作为冷却介质的液氦热沉来抽气。肋骨式圆筒形结构是卧式试验舱中常见的热沉结构，即在圆筒的上下各分布一根 汇总管，像肋条一样分布的半圆形支管两端分别与上下汇总管焊接，冷却介质(液氦)流进 下汇总管后沿支管上升，汇流到上汇总管后流出。为了尽可能增大热沉的表面积，支管上焊 接有翅片，通过支管中流动的低温冷却介质与支管和翅片的热交换使热沉的管路、翅片达 到或略高于冷却介质的温度。就单根支管来说，冷却一段时间后支管的温度与冷却介质的温度基本一致，而翅 片的温度均勻程度较差，离支管越远温度越高，而且沿流动方向温度也越来越高。支管间 的温度分布也不均勻，由于加工误差和结构设计等问题，支管中阻力系数越小管内冷却介 质流量越大，该支管的整体温度也就越低，尤其是液氦作低温介质时，由于液氦流动性极 好(其动力黏度约为液氮的百分之一，是水的四百分之一)，阻力系数最小的支管中液氦 的流量最大，使得该支管整体温度最低，而管板温度越低流阻系数越小，流量进而会进一步 增大，形成恶性循环，甚至出现汇总管中的液氦全部从该支管流过、其他支管无液氦流动的 “短路”现象。为了解决液氦热沉单支管自身或多支管间温度不均勻甚至“短路”的问题，通常在 液氦供应的外流程上做工作，设计复杂的液氦进出口来调节各管路中的流量，大大增加了 外流程的成本和控制难度。
发明内容本发明的目的是提供一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，通过结构改进使得 各支管内冷却介质的流量平均分配，进而使得各管板的温度分布趋于一致，消除各支管内 流阻差异对液氦热沉温度分布不均勻性的影响。如图1所示，冷却介质(液氦)从下汇总 管流入，经分流后再流入与各分流管连接的支管中，从支管流经上分流管从上汇总管流出。 在各支管下部靠近分流管处，用导热性好的铜导热带将支管串联起来，使本身不连接的翅 片间能传递热量，从而改变各支管的温度分布。
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本发明的积极效果在于(1)通过在下汇总管和支管间、支管和上汇总管间增加 分流管，能够消除加工误差或结构设计导致的各支管流阻系数的差别，使得各支管内冷却 介质(液氦)的流量基本一致；(2)将各支管靠近分流管处用铜导热带连接后，各支管间能 根据温度分布不均勻的程度，由温度高的支管向温度低的支管传导热量，从而自动补偿支 管间温度分布差异，进而修正支管内冷却介质(液氦)的流量。
图1分级供液液氦热沉结构2温度自补偿液氦热沉结构中1_下汇总管，2-下分流管，3-支管，4-上分流管，5-上汇总管，6-翅片，7-铜 导热带压板，8-固定螺钉，9-铜导热带
具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步说明。典型肋骨式圆筒形液氦热沉的结构由下汇总管、支管、上汇总管和支管上焊接的 翅片组成，其冷却介质(液氦)的流动方向为下汇总管到支管、再到上汇总管的形式，由于 制造误差和结构设计的缺陷，使得各个支路上的流阻不尽相同，再加上液氦极好的流动性 能(动力黏性系数小)，很容易使得各支路液氦的流量不均勻，液氦流量的差异又会导致各 支路管板的温度差异，温度越低液氦的动力黏性系数越小，周而复始会形成液氦在各个支 管中流动的恶性循环，甚至出现短路。本发明的目的是通过结构改进使得各支管内冷却介质的流量平均分配，进而使得 各管板的温度分布趋于一致，消除各支管内流阻差异对液氦热沉温度分布不均勻性的影 响。一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，包括下汇总管(1)、下分流管(2)、支管(3)、 上分流管(4)、上汇总管(5)、支管上焊接的翅片(6)和铜导热带(9)，下汇总管(1)与下分 流(2)管焊接，支管(3)的一端与下分流管(2)焊接，支管(3)的另一端与上分流管(4)焊 接，上分流管(4)与上汇总管(5)焊接，支管(3)上焊接有翅片(4)，支管和翅片组成管板 结构，铜导热带(9)安装在各支管(3)的翅片(6)上，用铜导热带压板(7)压住，固定螺钉 (8)固定。在传统肋骨式圆筒形液氦热沉的基础上在下汇总管(1)与支管(3)间、支管(3) 与上汇总管(5)间分别增加了下分流管(2)和上分流管(4)，冷却介质(液氦)流入下汇 总管(1)后，经下分流管(2)分流，再流入与各分流管连接的支管(3)中，从支管(3)流经 上分流管(4)，从上汇总管(5)流出。由于对流动介质(液氦)进行了分流，能够克服加工 误差或结构设计缺陷导致的各支管流阻系数的差别，达到平均分配流量的目的。下汇总管 (1)、分流管(2、4)、支管(3)的内径根据流量确定，分流管(2、4)的个数约为根号下支管的 个数，太多、太少都不宜。所有下分流管(2)的流动截面积之和应不小于下汇总管(1)的流 动截面积，所有支管(3)的流动截面积之和也应不小于下汇总管(1)的流动截面积，上分流 管(4)的流动截面积略大于下分流管(2)的流动截面积，上汇总管(5)的流动截面积略大 于下汇总管(1)的流动截面积。为进一步平均分配各支管内的冷却介质(液氦)流量，在各支管(3)下部靠近下分流管(2)处，用导热性好的铜导热带(9)将支管(3)串联起来，使本身不连接的翅片(6) 间能传递热量。对于温度较高的管板(3、6)，热量经铜导热带(9)流出温度降低，管内流动 的液氦的动力黏性系数随着温度降低而增大，管内流阻减小流量增加；对于温度较低的管 板(3、6)，热量经铜导热带(9)流入温度升高，管内流动的液氦的动力黏性系数随温度升高 而降低，管内流阻增大流量减少，从而实现自动补偿各管板(3、6)间温度分布差异、平均分 配流量的功能。铜导热带的截面积与各支管(3)内的流阻系数、流动截面积和翅片的宽度 有关，需根据流体力学和热力学相关公式确定。
权利要求
一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，包括下汇总管(1)、下分流管(2)、支管(3)、上分流管(4)、上汇总管(5)、支管上焊接的翅片(6)和铜导热带(9)，下汇总管(1)与下分流(2)管焊接，支管(3)的一端与下分流管(2)焊接，支管(3)的另一端与上分流管(4)焊接，上分流管(4)与上汇总管(5)焊接，支管(3)上焊接有翅片(4)，支管和翅片组成管板结构，铜导热带(9)安装在各支管(3)的翅片(6)上，用铜导热带压板(7)压住，固定螺钉(8)固定，其特征在于冷却介质(液氦)流入下汇总管(1)后，经下分流管(2)分流，再流入与各分流管连接的支管(3)中，从支管(3)流经上分流管(4)，从上汇总管(5)流出。
2.如权利要求1所述的一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，其特征在于下汇总 管(1)、分流管(2、4)、支管(3)的内径根据流量确定，分流管(2、4)的个数约为根号下支管 的个数，所有下分流管(2)的流动截面积之和应不小于下汇总管(1)的流动截面积，所有支 管(3)的流动截面积之和也应不小于下汇总管(1)的流动截面积，上分流管(4)的流动截 面积略大于下分流管(2)的流动截面积，上汇总管(5)的流动截面积略大于下汇总管(1) 的流动截面积。
3.如权利要求1所述的一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，其特征在于在各支 管(3)下部靠近下分流管(2)处，用导热性好的铜导热带(9)将支管(3)串联起来，使本身 不连接的翅片(6)间能传递热量，从而实现自动补偿各管板(3、6)间温度分布差异、平均分 配流量的功能。
全文摘要
肋骨式圆筒形液氦热沉由于结构设计或加工误差的缺陷，很容易使得各支路液氦的流量不均匀，流量的不均匀直接导致各管板间的温度分布不均匀，本发明的目的是提供一种分级供液温度自补偿液氦热沉结构，通过结构改进使得各支管内冷却介质(液氦)的流量平均分配，进而使得各管板的温度分布趋于一致。通过在下汇总管和支管间、支管和上汇总管间增加分流管，消除各支管流阻系数的差别，使得各支管内冷却介质的流量基本一致；将各支管靠近分流管处用铜导热带连接，各支管间能根据温度分布不均匀的程度，由温度高的支管向温度低的支管传导热量，从而自动补偿支管间温度分布差异，进而修正支管内冷却介质的流量。
文档编号B01L7/00GK101947474SQ20101023512
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月21日 优先权日2010年7月21日
发明者凌桂龙, 张国舟, 李晓娟, 王文龙, 蔡国飙, 黄本诚 申请人:北京航空航天大学