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液氮高低溫試驗箱之高溫調試試驗

作者(zhe): 網絡 編輯: 瑞凱儀(yi)器 來源: 網(wang)絡 發布日(ri)期: 2019.12.19
    高溫工況的考核從- 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開啟附著于熱沉的電加熱,期間手動調節電加熱功率以防止熱沉溫度過高(不超過1509℃) ,同時盡量實現大的升溫速率使得空間溫度盡快趨近于目標溫度+ 100℃。

    開啟電(dian)(dian)加熱(re)30min內,熱(re)沉從-94℃升(sheng)溫(wen)至389℃ ,空間由(you)-92℃升(sheng)溫(wen)至-2℃,熱(re)沉升(sheng)溫(wen)速率為(wei)4.4℃/min,空間為(wei)2. 87℃/min。由(you)于電(dian)(dian)加熱(re)器附著于熱(re)沉上,空間液態氮氣依靠與熱(re)沉固體壁面的對流換(huan)熱(re)升(sheng)溫(wen),因此任(ren)意時刻熱(re)沉溫(wen)度高(gao)于空間溫(wen)度,如(ru)圖(tu)2及圖(tu)3所示(shi)。

圖2 升溫過程

圖3 升溫過程

圖4 100度

    由于浮升力的作用,熱液態氮氣向上流動,無論是熱沉還是空間,即便在有風扇強迫對流的情況下,位于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時刻的溫差分別為58.3℃、27.8℃、12.67℃ 5.73℃。如前所述,熱沉上共有12支溫度計,但在同一高度上,熱沉左右兩側的溫度基本重合,因此在圖2中給出同一高度上左右兩側的平均值以便使圖表更加清晰。可見,熱沉溫度曲線分為兩股,位于頂部的歸為一股,位于底部的歸為另一股,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,該溫度梯度逐漸減小,并趨于熱平衡,艙內溫度均勻性變好,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,因此升溫速率較熱沉變化平緩,如圖3所示。由于熱氣流上升,門封漏熱以及風扇出風角度原因,溫度曲線上升有所差異,空間各支曲線間存在較大溫差,但隨時間推移,溫場趨于均勻,各曲線趨于重合。各溫度測點間溫差對應于16:00、18:00、22:00時分別為49. 279℃、8.41℃以及2.319℃。接近熱平衡時,空間溫度穩定于101土2℃。增強熱沉內氣體對流帶來兩個好處:一是提高升溫速率,二是改善溫場均勻性。
    圖3中溫度趨于穩定時后的局部放大如圖4所示,圖中方形標記實曲線為空間平均溫度曲線,平衡態時空間溫差在+2℃。,

    圖5中(zhong)上(shang)部(bu)曲(qu)線(xian)為計算熱沉(chen)12支溫(wen)度(du)計得出的平(ping)均(jun)溫(wen)度(du),下部(bu)曲(qu)線(xian)為空間(jian)平(ping)均(jun)溫(wen)度(du)。由圖可清晰看(kan)出空間(jian)與熱沉(chen)間(jian)的溫(wen)差(cha)(cha)隨時(shi)間(jian)的改變,平(ping)均(jun)溫(wen)差(cha)(cha)在不斷減小,達到(dao)平(ping)衡(heng)態時(shi)在2.229℃。

圖5升溫過程

    對空(kong)間(jian)門(men)側(ce)、、尾側(ce)圓周上的(de)各四支溫(wen)度計進行平(ping)均(jun)得出(chu)艙內(nei)三個(ge)截面的(de)平(ping)均(jun)溫(wen)度,它們曲線變化(hua)趨勢-致。如圖6,階段(duan)升溫(wen)速(su)率達到2.889℃/min,隨(sui)后(hou)為1. 579℃/min,前兩(liang)階段(duan)升溫(wen)迅速(su)。達到目(mu)標溫(wen)區時(shi)減(jian)小(xiao)加(jia)熱(re)功率,同(tong)時(shi)由于(yu)(yu)熱(re)沉與空(kong)間(jian)溫(wen)差減(jian)小(xiao),對流換熱(re)系數減(jian)小(xiao),空(kong)間(jian)升溫(wen)速(su)率趨于(yu)(yu)平(ping)緩。但相較于(yu)(yu)傳統的(de)高(gao)低溫(wen)箱裝置,升溫(wen)速(su)率達到0.659℃/min,接近目(mu)標溫(wen)度的(de)熱(re)平(ping)衡速(su)率有了(le)很大提(ti)升,大大縮短了(le)達到熱(re)平(ping)衡所需的(de)時(shi)間(jian)。

圖6 升溫工況

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