[发明专利]一种月面工质排放等效试验装置及方法

说明书

本发明公开了一种月面工质排放等效试验装置及方法，该等效试验方法，包括以下步骤：根据工质的物理特性和工质排放的内外部环境，将工质排放过程按照驱动压力划分为内压驱动排放阶段、重力驱动排放阶段以及蒸发驱动排放阶段；确定各排放阶段的主要影响因素，建立工质排放影响因素与工质排放速率之间的分析模型；基于分析模型，构建模拟月面环境下工质排放的等效试验装置；采用等效试验装置模拟实际在轨状态、热边界和工质排放初始状态。上述方法能够通过等效试验装置的等效模拟，实现在地面1g重力环境下对月表1g/6重力环境下等效的工质排放模拟。

技术领域

本发明涉及月球探测器工质排放技术领域，具体涉及一种月面工质排放等效试验装置及方法。

背景技术

目前，由于运载能力的限制，深空探测器在重量资源方面特别紧张，月球探测器上热控用流体回路在寿命结束后，要排放掉管路中的工质，减少月面上升器的重量，为探测器系统节省资源需求。

月面工质排放过程是一个复杂的多相流、连续流、不连续流的混合过程，伴随工质闪蒸、相变吸热等过程，很难通过计算方式准确获得其排放程度，对工质排放的设计带来困难。地面关于工质排放的系统主要涉及制冷系统用工质排放装置，无不连续流的过程，只需保证排放过程无工质凝固或凝华现象，避免排放过程中产生堵塞，提高排放效率，属于制冷技术与设备领域。与地面工质排放相比，区别是月面为真空环境，月面重力为地面的六分之一。其中，月面真空环境使工质排放变得非常复杂，涉及到稀薄气体流动，基于目前的计算流体动力学理论，对于Kn(努森数)大于0.01的非连续流的计算非常困难或计算不准确，特别是针对复杂的探测器管路系统，更是无法用数值模拟来获取工质排放过程。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种月面工质排放等效试验装置及方法，该方法根据月表1g/6重力环境下的等效流阻在地面建立等效试验装置，能够通过等效试验装置的等效模拟，实现地面1g重力环境下对月表1g/6重力环境下等效的工质排放模拟，以获得月面状态下工质排放时间和工质排放残余量的数据。

本发明采用以下具体技术方案：

本发明提供了一种月面工质排放等效试验方法，包括以下步骤：

根据工质的物理特性和工质排放的内外部环境，将工质排放过程按照驱动压力划分为内压驱动排放阶段、重力驱动排放阶段以及蒸发驱动排放阶段；

确定各排放阶段的主要影响因素，建立工质排放影响因素与工质排放速率之间的分析模型；

基于分析模型，构建模拟月面环境下工质排放的等效试验装置；

采用等效试验装置模拟实际在轨状态、热边界和工质排放初始状态。

更进一步地，在确定各排放阶段的主要影响因素时，主要影响因素包括影响排放驱动力的因素和影响排放阻力的因素，其中：

内压驱动排放阶段的主要影响因素为回路内压；

重力驱动排放阶段的主要影响因素为重力；

蒸发驱动排放阶段的主要影响因素为工质饱和蒸汽压。

更进一步地，在建立工质排放影响因素与工质排放速率之间的分析模型中，在远离排放口的连续流区域，三个排放阶段的流动模型均遵循以下流量和流阻关系公式：

ΔP＝(ξ₁+ξ₂·l/d)·ρu²/2；

其中，ΔP为等效流阻，ξ₁为局部阻力系数，ξ₂为沿程阻力系数，ρ为工质密度，u为工质流速，l为沿流动方向的导管长度，d为导管的内径。

更进一步地，基于分析模型，构建模拟月面环境下工质排放的等效试验装置，具体包括：