[发明专利]低气压环境下瞬态温度模拟系统及方法

权利要求书

1.低气压环境下瞬态温度模拟系统，包括压缩机、换热器、气体调节器、若干电炉和热沉以及真空容器，热沉竖直设置在真空容器两侧，热沉中间在真空容器内形成内试验区，其中，换热器分别通过主体管路与各热沉气体连通，提供气体循环动力的压缩机，高温高压氮气从压缩机出口进入与从热沉出口出来的低温低压氮气在换热器中进行热交换，高温低压氮气回到压缩机，形成的高压低温的氮气与补充进入到气体调节器中的少量液氮混合，形成低于目标温度的低温气体，再经过各路电炉的调节分别进入各路热沉，为真空容器内试验区形成150K-350K范围内可调节的环境温度。

2.如权利要求1所述的低气压环境下瞬态温度模拟系统，其中，电炉的数量对应于热沉的数量相同。

3.如权利要求1所述的低气压环境下瞬态温度模拟系统，其中，热沉和电炉的数量为偶数并且热沉在真空容器内两侧形成对称排列结构。

4.如权利要求1-3任一项所述的低气压环境下瞬态温度模拟系统，其中，气体调节器形成的低于目标温度的低温气体经过主体管路分别连通到各个电炉上。

5.低气压环境下瞬态温度模拟方法，是利用权利要求1-4任一项所述系统进行低气压环境下瞬态温度模拟的，包括以下步骤：

在模拟火星昼夜环境时，对目标气体温度所对应的热沉温度进行计算，试验过程中，系统环境在低气压环境下，气体为连续介质流动，二者之间通过真空容器内的稀薄气体自然对流和热辐射进行换热，根据传热公式：

式中，Q为热流密度，h为对流换热系数，ε为辐射换热系数，A为辐射换热面积，T_a为测得的气体温度，T_s为热沉温度，T_b为真空容器壁边界温度，试验过程中基本为常数；

对于系统环境中的气体测点，则有：

式中，C为气体温度测点周围的等效热容；

经整理得到：

式中a，b，c，d均为换热系数，在试验过程中，测得气体测点和各路热沉温度点的温度，通过试验数据，获得6个以上测得的气体温度点的平均值和所有热沉温度平均值，进行拟合计算，得到不同压力下的各项系数；

根据换热系数，计算出不同目标气体温度对应的热沉温度，形成定时温度控制表单，按照表单进行控制，即实现低气压环境下瞬态温度模拟。