题目：毛细分离式喷雾冷却热控系统动态控制及性能优化研究

        随着空间技术的不断发展以及航天器运行空间环境不断变化，空间电子设备正朝着微型化、快速化、高度集成化的方向快速发展，导致了航天器电子设备的散热量及热流密度急剧攀升。传统的以对流及传导为主的热控技术已无法满足瞬时大热流密度的散热需求，然而喷雾冷却作为一种高效热控技术，以其覆盖面积大、冷却液体流量低、换热更均匀等优势，在解决空间高功率电子设备散热领域具有广泛的应用前景。

        本文针对空间电子设备高热流密度散热的难题，首次提出了一种能够应用于空间环境下的毛细分离式喷雾冷却回路（Capillary Separate Spray Cooling Loop，CSSCL）热控系统，并基于该新型热控系统，分别对系统稳态特性、动态特性、智能控制策略和性能优化等方面进行了深入的理论分析研究。

        本研究课题的开展不仅建立了该新型热控系统在空间环境中的换热机理及换热关系准则，也为该新型热控系统的工程化应用奠定了基础。论文的主要工作包括下述几个部分：

1、CSSCL热控系统方案设计及稳态特性分析

        为了实现喷雾冷却热控系统在空间环境中的应用，经过详细的方案论证，创新性地提出了一种基于空间环境下的毛细分离式喷雾冷却（CSSCL）热控系统，并详细介绍了该新型热控系统的工作原理以及实现方案，对系统的主要部件进行了结构设计，利用传热学和流体力学基本原理，分别建立了全系统的热网络模型和流体网络模型，分析了系统的传热特性以及流体运行压降特性。同时基于系统换热计算模型，建立热模型与流体模型之间的热耦合关系，对该系统的稳态特性进行了仿真分析，验证了系统在空间环境中的高效换热特性。

2、CSSCL热控系统动态特性及自主控制

        通过节点网络法，建立了CSSCL热控系统四节点热阻网络模型，采用机械泵控温的PID（Proportional-Integral-Differential）自主控制策略实现加热面温度的主动控制，建立了控温模型及算法，完成了动态特性及自主控制仿真分析。仿真结果表明通过调节机械泵驱动电压以及空间辐射器百叶窗开度都可以实现系统的主动控温效果；当电子设备热负荷发生阶跃扰动时，机械泵控温的PID控制技术能够较好地控制封装散热面的温度，但在外热流发生周期性扰动时，该控制技术的鲁棒性较差；

3、CSSCL热控系统智能控制策略研究

      针对PID传统控制策略存在的不足，分别提出了两种改进型控制策略。其一，以机械泵为控制变量的模糊增量（Fuzzy Incremental）热控方案；其二，以机械泵和空间辐射器为控制变量，外热流协调因子和模糊PID控制相结合的自主热控方案。建立了两种控制策略的控温模型及算法，完成了在轨飞行时面临的各种扰动下的动态仿真。仿真结果表明模糊增量控制下的机械泵驱动电压调节变化更为平稳，没有超调且较快达到稳态，保证了系统的平稳控制；联合自主热控方案能够根据当前的控制局势及变化趋势对多个控制对象进行自主协调，选取合适的主控、辅助控制变量，温控反应及时，超调量小，保证热控系统的可靠运行。

4、基于遗传算法的CSSCL热控系统多目标性能优化

        在考虑航天器热控系统运行经济性的前提下，建立了CSSCL热控系统多目标优化模型，模型以封装加热面温差、质量以及能耗三个参数为优化目标，以流量系数、喷雾进口压力、液体总管路以及多孔换热器长度和宽度为优化变量。完成了优化变量敏感性分析，提出了采用遗传算法对优化模型进行优化设计。并以在不同热负荷下工作的系统为例进行一系列优化计算及分析。结果表明利用遗传算法进行多目标优化设计，可以使在不同工况下的热控系统很好地维持在设定安全工作温度范围附近，且质量和能耗均得到了优化。

        本文针对航天器瞬时大功率设备的散热需求，提出了一种热流密度大、控温精度高、控制灵活的热控技术，并针对其热控特性进行了深入研究，为研制应用于大功率航天器的热控系统提供了必要的技术储备，并为后续进一步深入研究系统换热特性奠定了理论基础。