一种空间热管性能测试实验装置的制作方法

本发明涉及制冷技术领域，特别涉及一种空间热管的传热性能测试实验装置。

背景技术：

随着航天技术的发展，空间热管越来越得到广泛应用。采用空间热管，一个关键的技术是在地面进行热管的传热性能测试。由于在空间的重力几乎为零，而在地面存在重力的情况下，采用常规的热管传热性能实验装置测试的结果与实际空间应用环境下的结果存在很大差别。因此，如何设计实验装置在地面进行模拟空间热管的传热变得非常重要。

技术实现要素：

本发明旨在克服上述缺陷，提供一种能够模拟空间环境的空间热管性能测试实验装置。

本发明提供了一种空间热管性能测试实验装置，用于空间热管在地面进行模拟空间失重条件下的传热性能测试，其特征在于，包括：恒温环境箱系统、热管蒸发端冷却系统和热管传热性能测试系统；

其中，上述恒温环境箱系统，用于模拟热管在空间工作条件下的环境温度和压力；

上述热管蒸发端冷却系统，用于模拟热管蒸发端的温度和热量；

上述热管传热性能测试系统，用于对热管进行传热性能的测试。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述恒温环境箱系统包含保温单元、恒温单元一、控压单元；

其中，上述恒温单元一，用于调节和控制恒温环境箱系统的温度；从而模拟空间工作条件下的温度。

上述控压单元，用于调节和控制恒温环境箱系统的压力；从而模拟空间工作条件下的环境压力；

上述保温单元，用于对恒温环境箱进行保温。从而能对当前的恒温环境进行保温处理，避免温度的流失，降低恒温单元的工作时间和频率。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述保温单元包括由外向内，依次层层包裹式设置的保温箱壳体、保温箱绝热层、保温箱体载冷剂层和保温箱体内胆；

该保温箱壳体可以为金属、非金属等各种材质制造而成；

该保温箱绝热层可以由橡胶、棉、真空层、双层板等绝热保温材料或结构制造而成；

该保温箱体载冷剂层一般为环绕整个系统的管路，用于载冷剂的流通；

上述恒温单元一包括恒温装置，该恒温装置可以是恒温槽等能够提供恒温载冷剂的设备，上述恒温装置与保温箱体载冷剂层连通，形成循环回路，向保温箱体载冷剂层输送可循环流动式的载冷剂一；即、恒温装置与保温箱体载冷剂层之间通过两条能够贯通整个保温箱壳体、保温箱绝热层、保温箱体载冷剂层的进管和出管相连，恒温装置对载冷剂进行控温后，将一定温度的载冷剂(或其他液体)通过进管通入保温箱体载冷剂层内，在载冷剂层流动一周后，通过出管回到恒温装置内，该载冷剂经重新进行加热或制冷处理后继续下一个循环。

上述控压单元包括控压组件，上述控压组件与环境箱的内部相连通，对环境箱内的空间进行压力调控。该控压组件一般包括一个具有抽真空设备和一个控压机构(控压阀或控压口)，该抽真空设备通过该控压机构，对环境箱内的空间进行抽真空，该抽真空度/真空率通过该控压机构来进行调控，一般来说，该控压机构一般贯通整个保温箱壳体、保温箱绝热层、保温箱体载冷剂层、以及内胆。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述热管蒸发端冷却系统包括恒温单元二；

上述热管传热性能测试系统，设置于恒温环境箱系统的内部，包括蒸发端冷却机构和冷凝端绝热机构；

上述恒温单元二与蒸发端冷却机构连通，形成循环回路，向蒸发端冷却机构内输送可循环流动式的载冷剂二(或其他可温控的工作介质)。

上述冷凝端绝热机构为与热管冷凝端之间的空气夹层间距为可调节的结构。在实验的过程中，该夹层间距，一般根据热管直径、长度、传热量等参数，对冷凝端绝热机构的长宽高的尺寸进行调节，从而能够模拟零重力时无自然对流只有导热的冷凝端传热情况。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、所述恒温单元二包括载冷剂出口1和载冷剂进口1；

所述蒸发端冷却机构包括载冷剂进口2和载冷剂出口2；

其中，所述恒温单元二的载冷剂出口1与蒸发端冷却机构的载冷剂进口2连通；

所述蒸发端冷却机构的载冷剂出口2与所述恒温单元二的载冷剂进口1连通，形成载冷剂回路；

所述载冷剂回路上设有液体输送机构；

所述载冷剂回路上设有流量计量设备。

在性能测试的过程中，通过对蒸发端冷却机构进出口的载冷剂温差和流量技术计算热管的传热性能。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述热管传热性能测试系统还包括角度调节机构；

上述角度调节机构与蒸发端冷却机构相互固定的或可拆卸的安装，用于对被测热管角度的调节。该调节的范围可以实现空间角度上的万向调节。当待测热管固定于角度调节机构上后，通过调节角度调节机构，改变待测热管与地面水平线的夹角，夹角可在360°范围内任意变化，呈水平、竖直、倒置、倾斜等任何角度。这样可以模拟热管在不同倾斜角度下的传热性能。在此基础上，得出空间失重状态下的待测热管传热性能。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述热管传热性能测试系统还包括冷凝端绝热机构固定支架；

上述冷凝端绝热机构固定支架与冷凝端绝热机构相互固定的或可拆卸的安装，用于对冷凝端绝热机构进行设备的固定和/或固定角度的调节。在实验的过程中，随着待测热管放置角度的不同，调整并固定该冷凝端绝热机构的角度与待测热管的角度相同，使该待测热管的冷凝端与冷凝端绝热机构能够保持同轴的效果。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述冷凝端绝热机构由至少一层的同轴绝热/保温层套叠安装而成；

当上述绝热/保温层为一层以上时，各绝热/保温层均为可拆卸的安装。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、还包括数据采集与控制系统，用于对实验装置内的环境或设备，进行数据采集和控制。

从而能实现不同空间条件下的热管性能测试，例如：测试不同温度或压力环境下的传热能力，以及测试不同角度和失重情况下的传热能力等等。

进一步地，本发明提供的一种空间热管性能测试实验装置，还具有这样的结构特点：即、上述数据采集与控制系统包括数据采集与控制装置、至少一个温度监测/传感器和至少一个压力监测/传感器；

其中，上述温度监测/传感器，以及压力监测/传感器分别设置于如下位置中的至少一处：保温箱壳体、保温箱绝热层、保温箱体载冷剂层、保温箱体内胆、载冷剂二进入蒸发端冷却机构的进口处和/或出口处、待测热管上、冷凝端绝热机构内；

上述数据采集与控制装置与温度监测/传感器，压力监测/传感器，以及恒温环境箱系统、热管蒸发端冷却系统和热管传热性能测试系统内的全部或部分设备电气连接。

本发明的作用和效果

本发明提供了一种空间热管性能测试实验装置，包括恒温环境箱系统、热管蒸发端冷却系统、热管传热性能测试系统和数据采集与控制系统。通过恒温环境箱可模拟热管各种空间工作环境，通过热管传热性能测试系统可在地面模拟热管在空间失重状态下的传热性能。本发明解决了空间热管在地面进行失重模拟的传热性能测试难题，具有结构紧凑、操作简单的优点。

在本发明中，通过恒温单元一调节载冷剂一进保温箱体载冷剂层的温度，对保温箱内温度进行控制来模拟空间温度。保温箱内压力控制口的外端开口与真空泵等压力调节设备相连，对保温箱内压力进行控制，模拟空间的不同压力环境。

在本发明中，通过恒温单元二调节载冷剂二进蒸发端冷却机构的温度、输送机构调节载冷剂二的流量，对蒸发端传热量进行控制。根据蒸发端冷却机构进出口载冷剂二的温差、流量进行实时计算热管的传热量。

在本发明中，冷凝端绝热机构的尺寸、与热管之间的空气夹层间距可调，模拟零重力时无自然对流只有导热的冷凝端传热情况。夹层间距根据热管直径、长度、传热量进行调节。

在本发明中，被测热管固定于角度调节架，通过调节角度调节架，改变被测热管与地面水平线的夹角，夹角可在360°范围内变化，呈水平、竖直、倒置、倾斜等任一角度。这样可以模拟热管在不同倾斜角度下的传热性能。在此基础上，得出空间失重状态下的被测热管传热性能。

此外，通过本发明的方法也可以应用于地面热管的性能测试。

附图说明

附图1、本实施例涉及的空间热管性能测试实验装置的结构示意图；

其中，1－保温箱体外壳；2－保温箱体绝热层；3－保温箱体载冷剂层；4-保温箱体内胆；5-恒温槽1；6－载冷剂一；7－恒温槽2；8－载冷剂二；9－流量计；10-水泵；11-蒸发端冷却套；12－被测热管；13－冷凝端绝热套；14－角度调节架；16－蒸发端冷却套进口载冷剂温度测点；16－蒸发端冷却套出口载冷剂温度测点；17－被测热管和冷凝端绝热套的温度压力系列测点；18－数据采集与控制装置；19－管路和线路通道；20－保温箱内压力控制口；21－真空泵；22-冷凝端绝热套固定支架；23-保温箱体内的温度和压力系列测点。

附图2、本实施例涉及的冷凝端绝热套的结构示意图。

具体实施例

如图1所示，本实施例提供了一种空间热管性能测试实验装置，用于热管在地面进行模拟空间失重条件下的传热性能测试，包括：恒温环境箱系统、热管蒸发端冷却系统、热管传热性能测试系统和数据采集与控制系统组成；

其中，该恒温环境箱系统，用于模拟热管在空间工作条件下的环境温度和压力，包含：保温箱，恒温槽1(5)，载冷剂一(6)，真空泵(21)和保温箱内压力控制口(20)。

该保温箱由保温箱体外壳(1)，保温箱体绝热层(2)，保温箱体载冷剂层(3)和保温箱体内胆(4)，上述各层由外至内的设置。

该载冷剂1(6)设置于恒温槽1(5)内，该恒温槽1(5)由管路与保温箱体载冷剂层(3)相通，其上设有载冷剂出口和进口，其槽体内的载冷剂一(6)从出口流入保温箱体载冷剂层(3)内，再通过进口流入槽体内，形成一个液相的循环，从而实现对保温箱体内胆(4)的温度调节。

该保温箱内压力控制口(20)设置于保温箱的箱体上，贯通整个箱体，真空泵(21)通过该保温箱内压力控制口(20)对保温箱内胆进行抽真空，在抽真空的过程中，通过保温箱内压力控制口(20)来控制内部的真空度，使压力达到设定的范围。

该热管蒸发端冷却系统，用于模拟热管蒸发端的温度和热量，包含：恒温槽2(7)，载冷剂二(8)，流量计(9)和水泵(10)；

该热管传热性能测试系统，用于空间热管传热性能的测试，设置于保温箱体内胆(4)内，包含：蒸发端冷却套(11)，被测热管(12)，冷凝端绝热套(13)，角度调节架(14)和冷凝端绝热套固定支架(22)；

该载冷剂二(8)设置于恒温槽2(7)内，恒温槽2(7)上设有载冷剂出口和载冷剂进口，蒸发端冷却套(11)上设有蒸发端载冷剂出口和蒸发端载冷剂进口，载冷剂出口通过管路1与蒸发端载冷剂进口连通，蒸发端出口通过管路2与载冷剂进口连通，载冷剂二(8)通过该管路1进入蒸发端冷却套(11)中，流经整个蒸发端冷却套(11)后，由管路2通过载冷剂进口回到恒温槽2(7)内，在管路1上设有水泵(10)，用于将载冷剂二(8)送入蒸发端冷却套(11)内，在管路2上设有流量计(9)，用于实时监测载冷剂二的流量。

该蒸发端冷却套(11)也可用电加热等代替来模拟传热量。

如图2所示，该冷凝端绝热套(13)由多层同轴绝热材料套叠而成，通过从内层开始每一层可抽出，从而调节所述冷凝端绝热套与所述被测热管之间的空气夹层间距。该冷凝端绝热套(11)与被测热管(12)形状相同，可以是圆柱形、方柱形等。该冷凝端绝热套(11)的绝热材料可以是任何一种保温材料和结构。

此外，该冷凝端绝热套(13)的尺寸也可根据不同热管的长度，宽度和径向宽度来进行调整。

该角度调节架(14)设置于蒸发端冷却套(11)的下方，用于支撑被测热管和热管蒸发端冷却套(11)，该角度调节架(14)上设有万象旋转轴，通过对该轴的转动可对被测热管放置的角度进行360°任意角度范围的调节。

该冷凝端绝热套固定支架(22)设置于冷凝端绝热套(13)的下方，用于支撑被测热管和热管冷凝端绝热套(13)，且该冷凝端绝热套固定支架(22)可调控支撑冷凝端绝热套(13)的角度，在实验的过程中，随着被测热管放置角度的不同，调整并固定该冷凝端绝热套(13)的角度与被测热管的角度相同，使被测热管冷凝端(11)与冷凝端绝热套(13)保持同轴。

该数据采集与控制系统，用于实验装置的数据采集和设备控制，包含：蒸发端冷却套进口载冷剂温度测点(15)，蒸发端冷却套出口载冷剂温度测点(16)，被测热管和冷凝端绝热套的温度压力系列测点(17)，内胆内的温度和压力系列测点(23)，数据采集与控制装置(18)。

该数据采集与控制装置(18)与各温度或压力测点的传感器电气连接，从而能实时采集各测点的温度和压力参数。

同时，该数据采集与控制装置(18)还与恒温槽1(5)、恒温槽2(7)、流量计(9)、水泵(10)、真空泵(21)、冷凝端绝热套(13)，角度调节架(14)和冷凝端绝热套固定支架(22)电气连接，能够根据测试的要求，对各设备进行控制，从而通过调节环境温度、压力，蒸发端的温度、以及被测热管的角度来获得不同条件下的热管传热性能结果。

本实施例实验装置的具体使用方法：

通过恒温槽1调节载冷剂一进保温箱体载冷剂层的温度，对保温箱内温度进行控制来模拟空间温度。

保温箱内压力控制口的外端开口与真空泵等压力调节设备相连，通过对保温箱内压力进行控制，模拟空间的不同压力环境。

通过恒温槽2调节载冷剂二进蒸发端冷却套的温度、水泵调节载冷剂的流量，对蒸发端热量进行控制。根据蒸发端冷却套进出口载冷剂二的温差、流量进行实时计算热管的传热量。

通过对冷凝端绝热套的尺寸、与热管之间的空气夹层间距的调节，模拟零重力时无自然对流只有导热的冷凝端传热情况。夹层间距根据热管直径、长度、传热量进行调节。

将被测热管固定于角度调节架后，通过调节角度调节架，改变被测热管与地面水平线的夹角，夹角可在360度范围内变化，呈水平、竖直、倒置、倾斜等任一角度。这样可以模拟热管在不同倾斜角度下的传热性能。在此基础上，得出空间失重状态下的被测热管传热性能。