【摘 要】
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随着人类生存危机的日益加剧,向地外寻求生存空间已成一项势在必行的科研任务。为了支撑这一任务的进行,航天器热控系统需要解决热功耗增大、空间热环境恶化等问题。蒸汽压缩热泵具有散热通道大、调节能力强等优点,被认为是未来空间热控系统的最优选择。基于课题组前期研究基础,对航天用蒸汽压缩热泵中的两大关键部件——压缩机和蒸发器进行研究。建立了压缩腔内的流动模型,对比不同转速下排气温度的模拟值和实验值,验证了模型
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随着人类生存危机的日益加剧,向地外寻求生存空间已成一项势在必行的科研任务。为了支撑这一任务的进行,航天器热控系统需要解决热功耗增大、空间热环境恶化等问题。蒸汽压缩热泵具有散热通道大、调节能力强等优点,被认为是未来空间热控系统的最优选择。基于课题组前期研究基础,对航天用蒸汽压缩热泵中的两大关键部件——压缩机和蒸发器进行研究。建立了压缩腔内的流动模型,对比不同转速下排气温度的模拟值和实验值,验证了模型的可靠性。对比研究了不同重力对滚动转子压缩机工作性能的影响,结果表明滚动转子压缩机可以在微重力环境下正常工作。研究了不同重力对压缩机内油-气两相流动特性的影响。结果表明:润滑油会占据部分工作容积,减少吸入的制冷剂气体量;润滑油的存在还会降低压缩腔内的压力和温度;当一个工作循环结束后,常重力情况下出口处润滑油含量为4.90%,而微重力情况下仅为3.34%。建立了蒸发器内的流动传热模型,对比不同热流密度下蒸发器出口温度的模拟值和实验值,验证了模型的可靠性。研究了不同重力对蒸发器内R134a气液两相流流动传热特性的影响,结果表明:常重力和零重力下蒸发器出口气体体积分数随着热流密度的增大而增大;微重力下蒸发器换热性能变差,出口气体体积分数仅为0.6～0.7,且蒸发器出口气体体积分数随着重力数值的减小而减小。根据模拟数据计算了制冷剂侧换热系数随重力数值改变的变化趋势,结果表明:常重力情况下,当热流密度增大时制冷剂侧的换热系数呈对数函数型变化;零重力情况下,当热流密度增大时制冷剂侧的换热系数呈指数函数型变化;制冷剂侧换热系数随着重力数值的增大呈现出线性函数型变化。微重力环境对蒸发器内的流动传热特性影响较大。基于上述研究结果,研究了常重力和微重力情况下,不同润滑油含量（1%～4%）对蒸发器内气液两相流流动与传热特性的影响。结果表明:常重力情况下,混入润滑油对蒸发器内的流动传热性能影响较小;微重力情况下蒸发器内混入润滑油后换热特性会比无混入润滑油的差,蒸发器出口气体体积分数仅为0.3～0.5。另外还计算了常重力和微重力情况下,不同润滑油含量（1%～4%）对制冷剂侧换热系数的影响。结果表明:常重力和微重力情况下制冷剂侧换热系数随润滑油含量的增多都呈抛物线型变化。常重力情况下润滑油含量为2%时换热系数达到最大值,微重力情况下润滑油含量为2.5%时换热系数达到最大值。
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