[发明专利]非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置及方法

权利要求书

1.一种非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置，用于热真空环境下，其特征在于，包括加热器、结构板一、传热元件、结构板二、多层隔热组件，热电偶，传热元件与结构板一和结构板二连接，加热器粘贴在结构板一上，粘贴位置为结构板一与传热元件连接位置对应的另一侧区域，结构板二与传热元件非连接的一侧喷涂黑漆，用于真空环境下辐射散热，结构板一、传热元件和结构板二的非喷漆部位包覆多层隔热组件，结构板一和结构板二、传热元件和多层隔热组件的外表面都布置相应的热电偶，加热器施加一定量的热量到结构板一，通过传热元件传递到结构板二，最后以热辐射的方式散掉。

2.根据权利要求1所述的非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置，其特征在于，传热元件与结构板一和结构板二通过螺栓或胶粘方式连接，两者接触形式包括干接触，填导热硅脂或垫银箔。

3.根据权利要求1所述的非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置，其特征在于，传热元件为热管。

4.根据权利要求1所述的非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置，其特征在于，多层隔热组件最外层隔热组件是聚酯薄膜。

5.一种非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的方法，根据权利要求1所述的装置来完成，其特征在于，将装置悬空放置在热真空试验罐内，结构板二喷黑漆侧面向真空罐冷屏，按照航天器热真空试验流程和规范，真空罐抽真空至低于1.33×10^-3Pa后通液氮，当热沉四周及底部温度不高于100K时，进行试验，具体试验步骤如下：

(1)开启加热器，施加一定功率Q；

(2)每2分钟采集并记录一次热电偶温度数据，每过Δi时刻后，获得结构板一、结构板二、传热元件、多层隔热组件上各测点的多组温度数据；

(3)为验证非稳态测量法的精度，试验获得稳态工况下即在连续4小时内，单调变化值不大于0.1℃/h时的温度数据T_st；

(4)测试结束后，关闭加热器；

(5)回温、复压，试验结束。

6.根据权利要求5所述的非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的方法，其特征在于，非稳态法计算结构板与传热元件之间换热系数公式为：其中，h是换热系数，Q_in是加热功率，Q_leak是辐射漏热量，Q_cp是温度变化引起的热容改变量，ΔT是结构板与传热元件之间的温差。

7.根据权利要求6所述的非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的方法，其特征在于，i时刻，结构板一与传热元件之间的换热系数h_1,i为：

结构板二与传热元件之间的换热系数h_2,i为：

其中，ε是多层隔热组件最外表面的发射率，σ是黑体辐射常数，A_ML1和A_hp分别是结构板一和传热元件外多层的包覆面积，C_p,s1和C_p,hp分别是结构板一和传热元件的定压比热容，m_s1和m_hp分别是结构板一和传热元件的质量，分别是i时刻结构板一和传热元件外包覆多层上的平均温度，分别是i时刻结构板一和传热元件的平均温度，分别是i-Δi时刻结构板一和传热元件的平均温度，分别是i时刻结构板一和结构板二靠近传热元件附近测点的平均温度，分别是i时刻传热元件靠近结构板一和结构板二附近测点的平均温度，是真空罐热沉温度。

8.根据权利要求7所述的非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的方法，其特征在于，所述时刻i满足：2≤i≤3，Δi为1/3小时、半小时或者1小时。