开启电加热30min内,热沉从-94℃升温至389℃ ,空间由-92℃升温至-2℃,热沉升温速率为4.4℃/min,空间为2. 87℃/min。由于电加热器附着于热沉上,空间液态氮气依靠与热沉固体壁面的对流换热升温,因此任意时刻热沉温度高于空间温度,如图2及图3所示。
由于浮升力的作用,热液态氮气向上流动,无论是热沉还是空间,即便在有风扇强迫对流的情况下,位于顶部和底部的温度也存在较大温差,对应17 :00、19 :00、21 :00、23 :00时刻的温差分别为58.3℃、27.8℃、12.67℃ 5.73℃。如前所述,热沉上共有12支温度计,但在同一高度上,热沉左右两侧的温度基本重合,因此在图2中给出同一高度上左右两侧的平均值以便使图表更加清晰。可见,热沉温度曲线分为两股,位于顶部的归为一股,位于底部的归为另一股,两者之间存在温度梯度。随着时间推移,舱体内加热量维持定值,该温度梯度逐渐减小,并趋于热平衡,舱内温度均匀性变好,上下两股曲线逐渐汇合,直至热沉所有温度稳定在105 ±3℃。
图5中上部曲线为计算热沉12支温度计得出的平均温度,下部曲线为空间平均温度。由图可清晰看出空间与热沉间的温差随时间的改变,平均温差在不断减小,达到平衡态时在2.229℃。
对空间门侧、、尾侧圆周上的各四支温度计进行平均得出舱内三个截面的平均温度,它们曲线变化趋势-致。如图6,阶段升温速率达到2.889℃/min,随后为1. 579℃/min,前两阶段升温迅速。达到目标温区时减小加热功率,同时由于热沉与空间温差减小,对流换热系数减小,空间升温速率趋于平缓。但相较于传统的蓝狮注册装置,升温速率达到0.659℃/min,接近目标温度的热平衡速率有了很大提升,大大缩短了达到热平衡所需的时间。
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