[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

说明书

一种非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置及方法，用于热真空环境下，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，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。本发明在未建立热平衡的前提下，计算出真空环境下结构板与热管之间的换热系数，可大大节约试验时间和成本。

技术领域

本发明涉及航天航空的技术领域，尤其涉及一种热真空环境下非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的装置和方法。

背景技术

在外太空环境下，接触表面都处于真空状态，接触面缝隙间的气体量很少，通过间隙空间中的气体传热作用可以忽略。真空环境下的两接触表面之间的换热系数与地面大气环境下的测试值并不相同。卫星仿真分析时，若采用地面大气环境下的试验值进行计算，会降低仿真分析的精度。因此，必须进行热真空试验来获得真空环境下的两接触表面之间的换热系数。传统的测量方法是建立热平衡状态，获得稳态热工况下的温度数据，计算出换热系数。根据航天器热平衡试验方法规定的试验工况达到稳定条件是：在连续4小时内，单调变化值不大于0.1℃/h。这使得一个热平衡工况试验基本上需要12～16小时才能达到平衡，时间和成本大。因此，需要一种非稳态测量接触表面之间换热系数的装置和方法，缩短试验时间，减少试验所用热真空罐的通氮量，降低试验成本。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热真空下非稳态法测量传热元件外贴接触表面之间换热系数的装置和方法，在未建立热平衡的前提下，计算出真空环境下结构板与热管之间的换热系数，可大大节约试验时间和成本，可以缩短试验时间约3/4，减少试验所用热真空罐的通氮量，大大降低试验成本。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

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，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。

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。

传热元件为热管。

多层隔热组件最外层隔热组件是聚酯薄膜。

一种非稳态法测量传热元件外贴表面换热系数的方法，采用上述装置来完成，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：

(6)开启加热器，施加一定功率Q；

(7)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；

(8)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；

(9)测试结束后，关闭加热器；

(10)回温、复压，试验结束。