小型空间站热管理系统动态仿真与实验研究

热管理是从被动地控制温度到主动地管理能量的思想转变，是提高空间站设计整体性的重要研究方法。动态热管理则考虑空间站系统运行时内、外环境的变化及自身的动态特性，使空间站的运行不仅能够适应动态变化，而且能够利用系统的动态特性提高系统性能。 本文研究了空间站热环境的动态变化，建立了热管理系统动态特性数值仿真平台，研究了空间站动态热过程。论文首先建立了空间站在轨热辐射模型，获得了小型空间站热辐射环境的动态变化规律和辐射散热器等效热沉的波动特性。论文根据抽象、简化和等效的原则建立了空间站热管理系统中各热组件的动态数学模型，给出了统一的求解方法和一维对流换热的离散求解方法；用面向对象的方法建立了热管理系统仿真平台。用该平台仿真了舱壁的温度分布及波动特点，研究了热辐射环境的短周期和长周期波动及舱内热负荷波动对热控制系统及舱内空气温度、湿度造成的动态影响；给出了热控回路温度控制方法，利用最佳去湿流量的概念提出了具有回热流程的舱内空气温度、湿度控制方法，对控制效果进行了动态仿真。 本文利用半物理仿真的方法设计并建造了空间站热辐射环境及辐射散热器模拟系统，完善了空间站热管理地面实验系统使之能够进行空间站的动态热模拟实验。辐射散热器半物理仿真系统通过测控系统与热管理地面实验系统相连接和协作，成功实现了动态模拟空间站对外的辐射散热。利用该系统，本文实验模拟了热辐射环境的短周期波动对热控制系统造成的影响，用压缩周期的方法模拟了热辐射环境长周期波动的影响并进行了分析。根据实验得到的热控制系统的动态特性验证了热管理系统仿真平台。与传统的热辐射环境模拟技术相比，辐射散热器半物理仿真系统具有节约成本、节约时间、调节灵活的优点。 论文还对空间站中的一个重要子系统—再生式固态胺二氧化碳处理系统进行了仿真分析与优化。利用多孔介质吸附模型和平衡吸附压力的概念建立了该系统工作过程的物理数学模型，数值模拟的方法模拟了其工作过程和影响因素，提出了控制吸附床含湿量的方案，验证了改进流程回收能量的可行性并给出了操作方案，提出并分析了用热电制冷器回收水蒸气潜热节约电能的方法。