微型热泵排热系统的研制与试验

空间热泵排热系统由于能够利用循环工质的潜热,提高辐射器的工作温度,提升废热的品质,性能系数高,因而被广泛认为是下一代航天器热控制技术。压缩机作为热泵系统的关键技术,直接关系系统使用性能。本文搭建了微型热泵性能试验系统,进行了试验研究,设计了空间辐射冷凝器,研制了微型热泵排热系统样机,并对样机性能进行了测试。 首先,搭建了微型热泵性能试验台,对其进行了试验分析,得到了充注量、冷却水温度、冷冻水温度以及压缩机控制电压对制冷量、散热量、压缩机耗功以及制冷COP的影响关系。试验结果表明,冷冻水温度为18℃,冷却水温度35℃情况下,制冷剂的最佳充注量为220g,系统最大制冷量279W,对应制冷COP为2.31;冷却水温度由21℃增加到47℃时,制冷量由505W降低至426W,制冷COP由5.64降低至2.78;冷冻水温度由18℃增加至52℃时,系统制冷量由236W增加至673W,制冷COP由2.01增加至5.40;压缩机控制电压越高,系统制冷量越大,压缩机耗功增加,制冷COP降低。此外,还对压缩机进行了48小时的稳定性实验,压缩机具有良好的稳定特性,可以在长时间的供应400W以上制冷量。 设计了热负荷为450W的空间管道-肋片辐射器,建立了热分析模型,计算得到了辐射器肋片宽度、导管直径对单位面积传热量、重量及肋片效率的影响曲线,最终以单位面积传热量最大为依据确定了最佳肋片宽度,得到管道-肋片辐射器各参数,得到肋片宽度方向温度分布曲线。分析了在地面环境温度下,管道-肋片辐射器包括自然对流、辐射散热在内的复合散热情况,得到了不同温度下,辐射冷凝器的复合散热量曲线。 研制了微型热泵系统样机,测试了样机的工作特性。在环境温度22℃,冷冻水19℃时,样机的最佳充注量为180g,最大制冷量达到344W;冷冻水温度29℃,样机在12h的连续工作中制冷量保持在500W以上,运转平稳,噪音低。最后分析了研制的微型热泵排热系统样机存在的问题,提出了初步的改进方案。