[发明专利]工作于室温温区的用于热力学排气系统研究的模拟系统

说明书

本发明涉及一种工作于室温温区的用于热力学排气系统研究的模拟系统，其中储箱用于盛放推进剂，其上设置有推进剂输入管路与排气管路，换热喷射装置位于储箱内部，耦合了换热与喷射双重功能，加热器设置在储箱外侧，用于模拟储箱漏热，补气增压管路用于向储箱内增压，在储箱及储箱上设置的管路上设置有传感器，数据采集仪与传感器连接，采集传感器的数据并传输给计算机，计算机接收传感器的数据，并作逻辑判断后，通过逻辑控制器发送命令控制管路上阀门及循环泵的启闭，实现符合热力学排气规律要求的自动化控制。本发明工作在室温温区，系统结构简单、安全可靠，可有效用于实现流体在密闭容器内受热发生气液相变后的自增压及排气控压过程模拟。

技术领域

本发明涉及一种用于研究热力学排气系统的模拟系统，尤其是涉及一种工作于室温温区的用于热力学排气系统研究的模拟系统。

背景技术

低温推进剂(如液氢LH₂、液氧LO₂、液态甲烷LCH₄等)长期在轨贮存过程中，由于空间环境漏热，使得低温推进剂汽化从而造成储箱内压力升高，当达到储箱设计压力许用值时，必须给予排放。由于微重力下气液不明显分离，若采用定期直接放空的方法，则将导致大量液体排出箱外，造成推进剂质量损失。寻求一种既可以有效控制储箱压力又可以在相同条件下将低温推进剂损失最小化的新技术手段，对于低温推进剂的长期在轨贮存实为重要。由Rockwell Internationnal Corporation在公开号为US5398515的美国专利中提出的热力学排气系统(Thermodynamic Vent System,TVS)便是能够满足这一要求的有效解决方案之一，它能够在地面1g重力和空间0g重力环境下实现只排气不排液，还可以消除储箱内液体的热分层，在双重作用下控制储箱压力。但该专利是针对LO₂、LH₂等低温流体储箱的，实现技术难度大、安全要求高、造价昂贵，不适合热力学排气技术的共性规律基础研究。其储箱为封闭体，无法或者不方便更换内部换热单元部件或者对部件的配置进行操作；箱内不涉及能够实时反映储箱内流体热分层水平的温度测量系统和反映液体充注/剩余的液位测量系统；也缺少对储箱内气液两相流体热力学状态进行可视化观察的允许条件。由于低温流体与大气环境之间存在巨大温场，该专利的储箱系统绝热控制不易实现；工作于低温下的低功耗循环泵技术难度大。

经检索发现，国内外未有在地面利用沸点温度较高的制冷剂作为模拟工质来提供热力学排气共性技术研究的装置或者系统。这种装置或者系统要求能够方便、低成本地实现储箱内的介质热力学变化过程的测量观察和热力学排气各组成单元工作性能的评估，允许箱体频繁的开启并替换、配置内部的器件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、安全可靠、成本低、易于拆装更换的工作于室温温区的用于热力学排气系统研究的模拟系统。本发明的模拟系统可有效用于实现流体在密闭容器内受热发生气液相变后的自增压及排气控压过程模拟。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种工作于室温温区的用于热力学排气系统研究的模拟系统，包括：

储箱：两端带有椭圆封头的圆筒体，用于盛放推进剂，其上设置有推进剂输入管路与排气管路，在推进剂输入管路与排气管路上设置阀门；

换热喷射装置：位于储箱内部，下端与储箱的内部通过管路连接为循环回路，在循环回路上设有电磁阀与循环泵，上端设置出口管，出口管与伸出储箱外部的推进剂输出管路连通，在推进剂输出管路上设置电磁阀；

加热器：设置在储箱外侧，用于模拟储箱漏热；

补气增压管路：与储箱内部相通，用于向储箱内增压；

传感器：包括监测储箱内部、推进剂输入管路、推进剂输出管路与排气管路上压力、流量、液位、温度的压力传感器、流量传感器、差压液位传感器及温度传感器；