液(yè)氮高(gāo)低溫試驗箱之高溫調試試驗
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發布日期: 2019.12.19
高溫工況的考(kǎo)核從- 100℃的低溫環境直接升溫開始。在- 100℃條件下
液氮高低溫試驗箱的液氮壓力約40kPa。滿負荷21. 2kW開啟附著於熱沉的電加熱,期間手動調節電加熱功率以防止(zhǐ)熱沉溫度(dù)過高(gāo)(不超過1509℃)
,同時盡量(liàng)實現大的升溫速率使(shǐ)得空間(jiān)溫度盡快趨近於目標溫度+ 100℃。
開啟電加熱30min內(nèi),熱沉從-94℃升溫至389℃ ,空間由-92℃升溫至-2℃,熱(rè)沉升溫速率為4.4℃/min,空間為2. 87℃/min。由於電加熱(rè)器(qì)附(fù)著於熱(rè)沉上,空間液態氮氣依靠(kào)與(yǔ)熱沉固體(tǐ)壁麵(miàn)的對流換熱升溫,因(yīn)此任意時刻(kè)熱沉溫度高於空間(jiān)溫度,如圖2及圖(tú)3所(suǒ)示。
由於浮(fú)升力的作用,熱液態氮氣向上流動,無論是熱沉(chén)還是空(kōng)間,即便在有風扇強迫(pò)對流的情況下,位於頂部和底部的溫度(dù)也存在較大溫差,對應17 :00、19 :00、21 :00、23 :00時刻的溫差分(fèn)別為58.3℃、27.8℃、12.67℃ 5.73℃。如前所述,熱沉上共有(yǒu)12支溫度計,但在同一高度上(shàng),熱沉左(zuǒ)右兩側的溫度(dù)基本重合,因(yīn)此在(zài)圖(tú)2中給出同一高度上左右(yòu)兩側的平均值以便使圖表更加清晰。可見,熱沉溫度曲線(xiàn)分為兩股,位於頂部的歸為一股(gǔ),位於底部的歸為另(lìng)一股,兩(liǎng)者之(zhī)間存在溫度梯度。隨著時間推移,艙體內加熱量維持定值,該溫度梯度逐漸減小,並趨於熱(rè)平衡,艙內溫(wēn)度(dù)均勻性變好,上下(xià)兩股曲線逐漸匯合,直至熱沉所(suǒ)有(yǒu)溫(wēn)度穩(wěn)定在105
±3℃。
空間溫度的變(biàn)化依靠與熱沉的輻射及和試驗箱體內液態氮氣的對(duì)流換熱獲取熱量,因(yīn)此升溫速率較熱沉變化平緩,如圖3所示。由於熱氣流上升,門封漏熱(rè)以及(jí)風扇出風角度原因,溫度曲(qǔ)線上升有所差異,空間(jiān)各支曲線間存(cún)在較大溫差(chà),但隨時間推移(yí),溫場趨於均勻,各曲線(xiàn)趨於(yú)重合。各溫度測(cè)點間溫差對應於16:00、18:00、22:00時分別(bié)為49. 279℃、8.41℃以及2.319℃。接(jiē)近熱平衡時(shí),空間(jiān)溫(wēn)度穩定(dìng)於101土(tǔ)2℃。增強(qiáng)熱沉內氣體對流帶來兩個好處(chù):一是提(tí)高升溫速率,二是改善溫場(chǎng)均勻性。
圖3中溫度趨於穩定(dìng)時後的局部放大如圖4所示,圖中方形標記實(shí)曲線為空間平均溫度(dù)曲線,平衡態時(shí)空間溫差在+2℃。,
圖5中上部曲線為計算(suàn)熱沉12支溫度計得出的平均溫度,下部曲線(xiàn)為空間平均溫度。由圖可清晰看出空間與熱沉間的溫差(chà)隨(suí)時間的改變,平均溫差在不斷減小,達到平衡態時在2.229℃。
對空間門側(cè)、、尾側圓周上的各四支溫度計進行平均得出艙內三個截麵的平均溫度,它們曲線變化趨勢(shì)-致。如圖6,階段升(shēng)溫速率達到2.889℃/min,隨後為1. 579℃/min,前兩階段升溫迅速。達到(dào)目標溫區時(shí)減小(xiǎo)加熱功(gōng)率,同時由於熱沉與空間溫差減小,對(duì)流換熱係數減小(xiǎo),空間升溫速率趨於平緩。但相較於傳統的高(gāo)低溫箱裝置,升溫速率達到0.659℃/min,接近目標溫度的熱平衡速率有了很大提升,大大縮短了達到熱平衡所需的時(shí)間。