液氮高低溫(wēn)試(shì)驗箱(xiāng)之高溫調試試驗
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來源:
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發布日(rì)期: 2019.12.19
高溫工況的考核從(cóng)- 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(de)液氮(dàn)壓力約40kPa。滿負荷21. 2kW開啟附著於(yú)熱沉的電加(jiā)熱,期間(jiān)手動調節電加熱功率(lǜ)以防止熱沉溫(wēn)度過高(gāo)(不超過1509℃)
,同(tóng)時盡量實現大的升溫速率使得空間(jiān)溫度盡快趨近於目標溫度+ 100℃。
開啟電加熱30min內,熱沉從-94℃升溫至389℃ ,空間由-92℃升溫至-2℃,熱沉升(shēng)溫速率為4.4℃/min,空間為2. 87℃/min。由於電加熱器附著於(yú)熱沉(chén)上,空間液(yè)態氮氣依靠與熱沉固體壁麵的對流換熱升溫,因此任意時刻熱沉溫度高於空(kōng)間溫度,如圖2及圖3所示。
由於浮(fú)升力(lì)的作用,熱液(yè)態氮氣向上流動,無論是熱沉還是空間,即便在有風扇強迫對流(liú)的情況(kuàng)下(xià),位於頂部和底部的溫度也存在較大溫差,對應17 :00、19 :00、21 :00、23 :00時刻的(de)溫差分(fèn)別(bié)為58.3℃、27.8℃、12.67℃ 5.73℃。如前所(suǒ)述,熱沉上共有12支溫度計,但在同一高(gāo)度上,熱沉左右兩側的溫度基本重合,因此(cǐ)在圖2中給出同一高度上左右兩側的平均值以便使(shǐ)圖表更加清晰。可見,熱沉溫度曲線分為兩股,位於頂部的歸為一(yī)股,位於底部的歸為另一股,兩者之間存在溫度梯度。隨著時間推移,艙體內加熱量維持定值,該溫度梯(tī)度逐漸減小,並趨於熱平衡,艙內溫(wēn)度均勻(yún)性變好,上下兩股曲線逐漸匯合,直至熱沉所有溫度穩定在105
±3℃。
空間溫度的(de)變化依靠與熱沉的輻射及和試驗箱體內液態氮氣的對流換熱獲取熱量,因此(cǐ)升溫速率較熱沉變化平緩,如圖3所示。由於熱(rè)氣流上升,門封(fēng)漏熱以及風(fēng)扇出風角(jiǎo)度原因,溫(wēn)度(dù)曲(qǔ)線上升有所差異,空間各(gè)支曲線間存在(zài)較大溫差(chà),但隨時間(jiān)推移,溫場趨於均勻(yún),各曲線趨於重(chóng)合。各溫(wēn)度測點間溫差對應於16:00、18:00、22:00時分別為49. 279℃、8.41℃以及2.319℃。接(jiē)近熱平衡(héng)時,空間溫度穩定於101土2℃。增強熱沉內氣體對流帶來兩(liǎng)個好處:一是提(tí)高升溫速率,二是改善溫場均勻性。
圖(tú)3中(zhōng)溫度趨於穩定時後(hòu)的局部放(fàng)大如(rú)圖4所示,圖中方形標記實曲線(xiàn)為空間平均溫度曲線,平(píng)衡(héng)態時空(kōng)間(jiān)溫差在+2℃。,
圖5中(zhōng)上部(bù)曲線為計算(suàn)熱沉12支溫度計得出的平均溫度,下部曲(qǔ)線為空(kōng)間平均溫度。由圖可清晰(xī)看出空間(jiān)與熱沉間的溫差(chà)隨時間的改變,平均溫差在不斷減小,達到平衡態時在(zài)2.229℃。
對空間門(mén)側、、尾側圓周上的各四支溫度計進行平(píng)均得出艙內三個截麵的平均溫度,它們曲線變化趨勢-致。如圖6,階段升溫速率達到2.889℃/min,隨後為1. 579℃/min,前(qián)兩階段升溫迅速(sù)。達到目標溫區時減小加熱功率,同時由於熱(rè)沉與空(kōng)間溫差減小,對流換熱係數減小,空間升溫速率趨於(yú)平緩。但相較於傳統(tǒng)的(de)高低溫箱裝置,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(suō)短了達到熱平衡所需的(de)時間。