基于热控地面模拟实验舱的精确温湿控制实现

摘要

现有载人航天器、空间站密封舱及其地面实验舱内温湿度因耦合在一起,一般采用“主动控温、被动控湿”的方式,在高精度温湿度控制要求下易出现湿度控制不合理的现象。温湿度控制系统作为载人航天器环控生保系统的必备控制系统,对其进行研究与开发具有重要的意义。在航天器热控系统地面试验过程中,降压法是抑制自然对流影响的一个重要技术,但是降压比往往与很多未知参数有关,合理的降压比选择对自然对流抑制作用、能耗及安全都有重要影响。因此本文对航天器密封舱温湿度控制系统和降压法消除舱内自然对流的影响展开了研究。
　　针对温湿度控制的问题,基于地面试验系统,运用集总参数法,根据空气的热量平衡和质量平衡原理分别建立了温湿度控制系统的稳态和动态仿真模型。通过分析中、低温回路换热器和冷凝干燥器降温点的变化情况,研究了系统通风量、人体产湿量和冷干支路流量分配比例对系统稳态特性的影响。通过分析不同工况下密封舱内温度与湿度的动态响应,研究了温湿度控制系统的动态特性。
　　研究结果表明,系统目标控制点相对湿度最低能达到37.8％,能承受的最高人体产湿量为16.29kg/day,最佳总通风量为8m3/min,最佳冷干支路流量分配比例为0.255,且人体产湿量是影响系统稳态特性最关键的因素,在设计系统时应充分考虑人体产湿量与系统的匹配。此外,该系统具有足够的控温控湿能力,在施加合理控制策略的情况下可以快速实现对目标控制点温度和湿度的精确控制。在湿负荷较大而超出系统控制能力的情况下,可以采取调节冷干支路流量分配比例和对通风回路补热的方式来提高系统的控制能力,且应优先选择后者。
　　最后,本文建立了某一载人航天器密封舱流动换热的稳态数值模型,通过对比研究地面实验与空间状态不同通风量下流动换热的变化情况,综合考虑人体舒适度、消除自然对流影响和能耗三方面,给出了密封舱最佳通风量。通过对比研究密封舱内不同气体压力条件下地面实验与空间飞行状态下的对流换热系数与温度分布的情况,得到了可以忽略自然对流影响的临界压力及对应的2Gr/Re数。

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第1章 绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第2章 航天器热控系统及地面试验热控系统

2.1引言

2.2航天器热控装置

2.3航天器主动热控系统

2.4航天器温湿度控制地面试验系统

2.5本章小结

第3章 地面试验热控系统稳态特性研究

3.1引言

3.2地面热控系统建模

3.3仿真结果与讨论

3.4本章小结

第4章 地面试验热控系统动态建模与分析

4.1引言

4.2地面试验热控系统动态建模

4.3动态仿真结果与分析

4.4本章小结

第5章 地面模拟实验舱流动与传热的数值模拟

5.1引言

5.2地面通风试验及能耗分析

5.3降压法数值模拟

5.4计算结果分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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