CN104482972B - 一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法。使用本发明能够简便、快速地获得储液器液体管充装工质的流量，进而得到储液器的液体补偿能力。本发明利用储液器液体管的液体渗透率与充装工质无关的性质，利用不同工质之间的物性转换，采用无毒无害的工质测量储液器液体流量，然后通过工质之间的物性参数转化，最终得出储液器充装工质的流量，进而获得储液器的液体补偿能力。
Description
技术领域
本发明涉及工程热物理及航天器热控技术领域，具体涉及一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法。
背景技术
在未来我国航天器热控领域中，机械泵驱动两相流体回路将成为重要的发展方向。在中国空间技术研究院参与的AMSO2国际合作项目中，其热控分系统就是采用机械泵驱动的两相流体回路作为散热系统并精确控制系统内前端电子设备的温度。在两相流体回路中，储液器作为重要的部件，用于控制回路的温度并控制回路内工质的质量。
储液器上设有液体管，储液器通过液体管与流体回路相连，实现液态工质的排出与吸入。储液器内的工质需要通过一定方式收集到液体管附近并通过液体管进入到回路内；同时，液体管需要有气液隔离能力，不能使气泡进入回路，以避免损坏机械泵；另外，液体管的工质流量需与系统的散热能力相匹配。因此，需要测试储液器的液体补偿能力，储液器的液体补偿能力与储液器液体管的设计流量成正比，液体管流量大，则补偿能力强，流量小，则补偿能力弱，以液体管流量判定其能否与系统的散热能力相匹配。
综上，中国空间技术研究院为AMS02储液器设计了一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法，能够简便、快速地获得储液器液体管充装工质的流量，进而得到储液器的液体补偿能力。
本发明的气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法，包括如下步骤：
步骤1，将储液器液体管浸泡在工质B中，测量液体管工质B的流量液体管对工质B的毛细力ΔPB；测量液体管对工质B的最大毛细力ΔPBmax；
步骤2，根据下式计算液体管对工质G的最大毛细力ΔPGmax：
其中，σ为液体的表面张力，下标G表示工质G，下标B表示工质B；
步骤3，根据下式计算工质为G时液体管的最大液体流量
其中，ρ为液体的密度；μ为液体的动力粘度系数；
步骤4，根据步骤3获得的工质为G时的液体管的最大液体流量判断充装工质为G时的储液器液体补偿能力。
其中，所述步骤1中，ΔPB的测量方法如下：
步骤1.1，将储液器液体管与试验连接管连接，试验连接管的另一端放置在一个空的容器内；
步骤1.2，向储液器中装工质B，使液体管被工质B浸润饱和；
步骤1.3，液体管通过毛细抽吸力将工质B吸至容器内，记录吸入时间ΔtB、吸入的工质B的质量ΔmB；测量此时储液器液面与容器液面的高度差H、液体管内毛细力的反重力高度h；
步骤1.4，计算液体管工质B的流量和液体管对工质B的毛细力ΔPB：
ΔPB＝ρBg(H-h)
其中，g为重力加速度。
所述步骤1中，所述ΔPBmax由压力冒泡法测量得到。
所述工质B为无水乙醇。
有益效果：
本发明利用不同工质之间的物性转换，采用工质B测量储液器液体流量，进而获得储液器充装工质的液体补偿能力，本发明方法简单易行、快速。
采用无水乙醇作为测试工质，无水乙醇为常用工质，其物性明确且纯度高、安全、无毒、流动性好。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为测量储液器液体管液体流量以及毛细力的装置。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法。储液器的液体补偿能力与储液器液体管中液体流量成正比，储液器液体管中液体流量的计算公式如式(1)所示：
其中，K为液体管的液体渗透率，为液体管的物性参数，与充装工质无关；ΔP为液体管对其中的液体的毛细力；ρ为液体管中液体的密度；μ为液体管中液体的动力粘度系数。
由于两相流体回路中的充装工质多样，如NH3、CO2或其他物质等，考虑到工质的物理特性及安全性，直接采用充装工质进行测试存在诸多不便。由于储液器液体管的液体渗透率与充装工质无关，可以考虑利用其他工质进行测试，通过工质之间的物性参数转化，最终得出储液器充装工质的流量，进而获得储液器的液体补偿能力。
本发明采用无水乙醇作为测试工质，无水乙醇为常用工质，其物性明确且纯度高、安全、无毒、流动性好。
储液器液体管的液体渗透率K为
其中，下标G表示充装工质，下标E表示无水乙醇。
由公式(2)可知，
其中，ρG、μG、ρE、μE为充装工质和无水乙醇的物理特性，为已知量；ΔPE可以通过实验获得；ΔPG可以根据毛细力计算公式以及根据压力冒泡法测得的ΔPE获得。
其中，液体管的最大毛细力ΔPmax为
其中，r为液体管毛细结构的孔径，σ为液体的表面张力，为液体的物理特性，为已知量；
由公式(4)可得：
其中，ΔPEmax可以由压力冒泡法(测量毛细力的常规方法)测得。
则充装工质的最大毛细力为
公式(3)中的ΔPE可以通过下述方法测量计算获得：
(1)将储液器液体管与试验连接管连接，试验连接管的另一端放置在一个空的容器内，如图2所示；
(2)向储液器中装无水乙醇，使液体管被无水乙醇浸润饱和；
(3)液体管通过毛细抽吸力将无水乙醇吸至容器内，记录吸入时间ΔtE，以及吸入的无水乙醇的质量ΔmE，测量此刻储液器液面与容器液面的高度差H，以及液体管内毛细力的反重力高度h；
(4)计算液体管无水乙醇的流量和液体管对无水乙醇的毛细力：
ΔPE＝ρEg(H-h) (8)
其中，g为重力加速度。
将ΔPE、ΔPGmax、ρG、μG、ρE、μE代入公式(3)，即可获得液体管中充装工质的最大流量，然后根据充装工质的最大流量判断储液器的液体补偿能力。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将储液器液体管浸泡在工质B中，测量液体管工质B的流量液体管对工质B的毛细力ΔPB；测量液体管对工质B的最大毛细力ΔPBmax；
步骤2，根据下式计算液体管对工质G的最大毛细力ΔPGmax：
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;P</mi>
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<mi>G</mi>
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<mi>B</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
其中，σ为液体的表面张力，下标G表示工质G，下标B表示工质B；
步骤3，根据下式计算工质为G时液体管的最大液体流量
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>m</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mrow>
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<mi>&rho;</mi>
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<mi>&mu;</mi>
<mi>G</mi>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，ρ为液体的密度；μ为液体的动力粘度系数；
步骤4，根据步骤3获得的工质为G时的液体管的最大液体流量判断充装工质为G时的储液器液体补偿能力。
2.如权利要求1所述的气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法，其特征在于，所述步骤1中，ΔPB的测量方法如下：
步骤1.1，将储液器液体管与试验连接管连接，试验连接管的另一端放置在一个空的容器内；
步骤1.2，向储液器中装工质B，使液体管被工质B浸润饱和；
步骤1.3，液体管通过毛细抽吸力将工质B吸至容器内，记录吸入时间ΔtB、吸入的工质B的质量ΔmB；测量此时储液器液面与容器液面的高度差H、液体管内毛细力的反重力高度h；
步骤1.4，计算液体管工质B的流量和液体管对工质B的毛细力ΔPB：
<mrow>
<msub>
<mover>
<mi>m</mi>
<mo>&CenterDot;</mo>
</mover>
<mi>B</mi>
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<mo>=</mo>
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</msub>
<msub>
<mi>&Delta;t</mi>
<mi>B</mi>
</msub>
</mfrac>
</mrow>
ΔPB＝ρB g(H-h)
其中，g为重力加速度。
3.如权利要求1所述的气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法，其特征在于，所述步骤1中，所述ΔPBmax由压力冒泡法测量得到。
4.如权利要求1～3任意一项所述的气液两相控温储液器的液体补偿能力测试方法，其特征在于，所述工质B为无水乙醇。
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