機械泵驅(qū)動兩相回路的儲液器控溫策略研究

2013-11-11 莫冬傳 中山大學化學與化學工程學院

  本文闡述了一種機械泵驅(qū)動兩相回路的儲液器的控溫原理,并對待選的兩種控溫策略進行了解釋:一種是基于電壓的Pl控制,另一種是基于功率的PI控制。文中將它們作了近似等效轉(zhuǎn)換,并用SINDA/FLuINT軟件進行模擬.結(jié)果顯示:當控溫點上升時,兩種不同控制策略的控溫效果大體一致;但當控溫點下降時,由于基于功率的PI控制策略包含有Peltier的制冷功能,可以比基于電壓的PI控制策略更快到達控溫點。另外,基于功率的PI控制策略在死區(qū)內(nèi)的跳躍更少,其應(yīng)當為優(yōu)先選擇的控制策略。

  隨著航天器發(fā)熱量的增大,以及控溫精度要求液器的溫度,即可控制回路內(nèi)兩相工質(zhì)的溫度,從的提高,兩相回路熱控系統(tǒng)逐漸成為航天熱控的前而實現(xiàn)精確控溫。儲液器的精確控溫成為整個系統(tǒng)沿技術(shù)。兩相回路熱控系統(tǒng)的驅(qū)動力主要分為兩種:控溫的關(guān)鍵。

  本文對某機械泵驅(qū)動的兩相回路熱控系統(tǒng)的儲在兩相回路熱控系統(tǒng)中,回路中的兩相工質(zhì)溫液器控溫進行分析,并對兩種不同的溫度控制策略度近似等于儲液器內(nèi)的兩相工質(zhì)溫度。通過控制儲進行了討論,得出較優(yōu)的方案。

控溫原理與模型建立

  某機械泵驅(qū)動的兩相回路熱控系統(tǒng)采用二氧化碳為工質(zhì)。圖1給出了該兩相回路熱控系統(tǒng)的控溫原理圖。過冷的工質(zhì)在機械泵作用下進入蒸發(fā)器,吸收熱量后變成氣一液兩相,到達冷凝器釋放熱量,變成過冷液體;如此形成循環(huán),完成熱量的高效傳遞。如前言所述,蒸發(fā)器的精確控溫通過對儲液器的精確控溫來實現(xiàn)。儲液器與系統(tǒng)其它部件有復(fù)雜的藕合關(guān)系,主要包括:儲液器內(nèi)工質(zhì)通過連接儲液器與回路的管道進行與回路的工質(zhì)交換,其流量7。是可變的;儲液器內(nèi)工質(zhì)與與儲液器壁面有良好的換熱關(guān)系;儲液器的壁面上貼有加熱膜;儲液器壁面與其所在的控制箱底板有連接關(guān)系,存在熱量交換關(guān)系。此外,系統(tǒng)中還有一個Peltier組件,其熱端與泵后的部分管道連接,冷端與儲液器的壁面連接,開啟時可以將儲液器壁面的熱量迅速帶到回路中。

某機械泵驅(qū)動的兩相回路熱控系統(tǒng)控溫原理圖

圖1 某機械泵驅(qū)動的兩相回路熱控系統(tǒng)控溫原理圖

  本文針對主動式兩相回路的儲液器控溫,討論了基于電壓的PI控制及基于功率的PI控制的兩種不同策略及它們之間的近似等效轉(zhuǎn)換。通過sinda/Flulnt的模擬結(jié)果顯示,當控溫點上升時,兩種不同控制策略的控溫效果大體一致,但當控溫點下降時,由于基于功率的Pl控制策略包含有Peltier的制冷功能,可以比基于電壓的Pl控制策略更快到達控溫點。另外,基于功率的PI控制策略在死區(qū)內(nèi)的跳躍更少,并且其還包含有制冷鏈,其應(yīng)當為優(yōu)先選擇的控制策略。