基于热阻调控方法的低温光学系统二级温区传热特性分析

为了实现低温光学系统二级温区的精准控温,同时不引入额外的热负载,提出了一种热阻调控方法,建立了应用于该方法的一维数学模型,运用该数学模型研究了不同真空腔温度条件下不同热阻参数(不同材料参数和几何参数)对二级温区达到热平衡后温度水平和漏热量的影响,同时将该方法和传统的电加热调控方法进行了比较。研究结果表明:当真空腔温度为定值时,随着热阻的增大,二级温区温度升高,漏热量减小;当热阻为定值时,随着真空腔温度的升高,二级温区温度升高,漏热量增大。在文中的研究工况下,当真空腔温度为253.15 K时,二级温区温度水平调节范围为111.1~185.2 K,相应的漏热量从1.75 W减小至1.10 W;当真空腔温度为293.15 K时,温度水平调节范围为120.9~219.4 K,相应的漏热量从2.58 W减小至1.57 W。电加热调控方法使二级温区热负载达到了16.8 W,是热阻调控方法的11倍左右(真空腔温度为293.15 K,二级温区目标温度为220 K左右),随着二级温区温度的升高,电加热调控方法使得系统热负载增大,热阻调控方法与之相反。热阻调控方法使低温光学系统热负载一直处于较低的水平,同时可减少系统对电功率和散热资源的需求。研究结果可为空间应用中的类似低温光学设计提供参考。