硬X射线调制望远镜卫星深冷热管设计及试验研究

针对硬X射线调制望远镜(HXMT)卫星低能探测器(CCD)的散热需求,开发了一种乙烷工质深冷槽道热管。在传热性能测试设备中,采用抽真空方式,对深冷热管的传热性能及最大热流密度进行试验。结果表明:所设计的乙烷工质深冷槽道热管在-80℃时最大传热能力不小于18W·m,热管最大传热温差3.2℃,满足低能探测器晶体的散热需求;深冷槽道热管设计过程中,应考虑气液剪切力对最大传热能力计算结果的影响。该设计可为其他工质深冷槽道热管的设计提供参考。     

小型微槽道热管90°弯曲前后传热性能比较

针对直径为6mm,长为210mm小型槽道柱状热管通过压扁和弯曲制成的厚度分别为3mm和2mm,绝热段90°弯曲的扁平弯曲热管进行试验研究。对热管的轴向温度分布、极限传输功率、热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数等进行了测试和分析。研究结果表明:2mm厚热管在弯曲前后的传热性能基本保持不变。对于圆柱状热管和3mm厚扁平热管,直管在极限状态时,只有靠近蒸发段端点的温度骤然上升;弯管在极限状态下的蒸发段温度呈梯次增加。弯管的极限传输功率小于直管,热阻与直管相近。直管的蒸发段换热系数随着功率的增加稍有增加,在出现传热极限时急剧下降;弯管的蒸发段换热系数随着功率的增加一直下降。无论是直管还是弯管,冷凝段换热系数均随功率的增加稍有下降。     

小型微槽道热管90°弯曲前后传热性能比较

针对直径为6mm,长为210mm小型槽道柱状热管通过压扁和弯曲制成的厚度分别为3mm和2mm,绝热段90°弯曲的扁平弯曲热管进行试验研究.对热管的轴向温度分布、极限传输功率、热阻以及蒸发段和冷凝段换热系数等进行了测试和分析.研究结果表明:2mm厚热管在弯曲前后的传热性能基本保持不变.对于圆柱状热管和3mm厚扁平热管,直管在极限状态时,只有靠近蒸发段端点的温度骤然上升;弯管在极限状态下的蒸发段温度呈梯次增加.弯管的极限传输功率小于直管,热阻与直管相近.直管的蒸发段换热系数随着功率的增加稍有增加,在出现传热极限时急剧下降;弯管的蒸发段换热系数随着功率的增加一直下降.无论是直管还是弯管,冷凝段换热系数均随功率的增加稍有下降.     

航天器分支槽道热管设计及传热特性分析

航天器内部热源分布日益复杂,传统热管无法有效解决小空间内多热源的均温问题。文章设计了一种带有分支的槽道热管,通过分支的连接建立多热源间的传热通道,从而实现温度均匀(简称“均温”)。均温试验结果表明：当对功率为4 W,8 W,12 W,16 W的4个热源进行均温时,分支槽道热管的最大温差为0.9℃。传热特性试验结果表明：当加热功率为16 W时,分支与连接段、分支与分支间的热阻分别为0.15 K/W和0.17 K/W。分支槽道热管的均温和传热性能良好,可为多热源均温提供新的方法。     

槽道热管性能研究及应用

本文对轴向槽道热管的流体循环及传热过程进行了分析,介绍了几种不同尺寸的挤压铝合金轴向槽道热管在以氨、氮、丙酮为工质时的性能试验数据,并与理论值进行了比较,测定了蒸发段及冷凝段膜系数,并导出了计算氨为工质时的蒸发段膜系数的经验公武,介绍了此种热管在空间飞行器上的应用情况,文中对周向槽道热管及轴向槽道管组成的冷贮气室可交热导热管的性能试验作了简单的论述,给出了可变热导热管的设计方法。     

放置倾角对轴向槽道热管传热特性影响的实验研究

对常温梯形轴向槽道热管在不同放置倾角下的传热特性进行了实验研究，着重分析了热管的放置倾角对轴向温度分布、最大轴向温差、总热阻、当量换热系数、最大传热量的影响，旨在为航空热管的地面性能测试提供参考。实验结果表明：热源在下垂直放置热管的蒸发段和冷凝段的当量换热系数分别是水平放置热管的1．5倍和2．5倍。热源在上倾斜放置的热管，水平放置的热管、热源在下倾斜放置的热管的平均总热阻成一个数量级递减，蒸发段的最大输入热流量依次递增一个数量级。     

高冰点热管工作特性实验研究及在"嫦娥四号"探测器上的应用

文章针对月球探测器设备月昼高效传热和月夜阻断传热需求,设计了一种以八氟环丁烷为工质的开关式高冰点槽道热管,对其常温下传热性能及启动特性开展了地面实验研究。结果表明:热管工作温度35～55℃范围内的最大传热量大于40 W;工作在35～55℃温度范围、传热量为25 W时,蒸发段测点与冷凝段测点温差小于5℃;在相同传热量情况下,工作温度越高,传热温差越小;管体与水平面夹角分别为10°、30°两种情况下,热管均能在90 s内正常启动。该热管已在"嫦娥四号"探测器中得到成功应用。探测器地面热平衡试验和在轨数据表明,高冰点热管在月昼高温工况传热效果良好,月夜低温工况热管工质冻结、可以实现设备保温,确保了探测器相关设备在轨的高性能工作。     

微小空间薄液膜相变传热的微尺度效应

对微小空间的相变传热和流动的微尺度效应的研究进展进行了阐述，包括下列几个方面：固体表面上薄液膜厚度的微尺度效应；圆形截面毛细管管径的微尺度效应；毛细管的截面形状微尺度效应；壁面纳米级粗糙度的微尺度效应；微型热管(MHP)的微尺度效应和连续性极限、堵塞极限；平板热管(FMHP)的壁面粗糙度微尺度效应和沸腾极限；脉动热管(PHP)管径的微尺度效应；薄液膜的稳定性等。研究分析了上述各方面微尺度效应的机理，归纳推知增加每个薄液膜区域的面积和增加薄液膜区域的数量这两种方法均可提高蒸发器的性能，后一种方法可操作性强，为高效蒸发器性能的提高指明了方向。     

用于大功率航天器的3D打印钛水热管设计及试验研究

针对应用于空间核动力及大功率航天器的高温热排散技术,介绍了一种基于3D打印增材制造技术的钛水热管,满足100～300℃温区热量的远距离传输需求。该热管壳体及毛细芯结构通过3D打印技术一体成型,解决了中高温热管在制造方面的诸多难题。文章对热管的传热能力进行了理论分析,分析结果表明热管在180～250℃区间内传热能力最佳,同时搭建了热管启动以及传热能力的试验验证平台,对热管在水平以及逆重力姿态的传热能力进行了试验验证,并与理论分析结果进行了比较。试验结果表明:3D打印技术可成功应用于槽道热管的制造。该钛水热管后续将应用于航天器高温热排散系统的地面演示系统中,用于连接高温两相流体回路冷凝器和碳纤维材料辐射板。     

航天器热传输技术研究进展

文章对航天器用热传输技术近期的发展进行了汇总,主要包括：导热材料、微小型热管、槽道热管、泵驱动两相流体回路、深冷环路热管、喷雾冷却系统以及基于MEMS技术的微型热传输技术。这些新技术是航天器高热流密度散热、大功率热传输、分散点热源散热及深低温热传输未来主要的解决途径,可供航天器热控研究及设计者参考。     

热管技术在航天器热控制中的应用

热管技术在航天器等温化、热传递、散热和仪器设备热控制等方面具有广泛应用。文章介绍了热管的工作原理、分类及热控制应用考虑的因素;评述了热管技术在国内外航天器热控制中的应用进展;指出了热管技术进一步发展的方向。发展新型热管和提高热管传热能力将是今后热管技术的研究重点。     

沸腾换热在水卡式大热流传感器研制中的应用

为了实现MW级热流环境的长时间稳态测量,研制了一种新型结构的水卡式大热流传感器。该传感器采用U型水冷通道结构,基于沸腾换热理论进行换热设计,设计量程5~15 MW/m~2。在高温超声速燃气流试验台上进行了热流测试试验,实际测试量程3~25 MW/m~2。沸腾换热理论的应用可以在较小的水流速下实现MW级热防护,大大降低了设计难度。新型结构传感器相对传统的中心冲击结构换热效率更高,可实现的量程范围更大。     

燕尾形轴向微槽热管的流动和传热特性

建立了燕尾形轴向微槽热管传热和液体流动模型并进行了数值求解,计算了其最大传 热能力。模型考虑了气液界面剪切力的作用,分析了热管内气、液相流体压力和流速及弯月 面毛细半径沿轴向的变化特性,并讨论了热负荷对蒸发段端口毛细半径的影响,以及工作温 度和吸液芯结构对最大传热能力的影响。研究表明：弯月面毛细半径沿轴向非线性增加,在 蒸发段和绝热段变化较小,而从冷凝段开始急剧上升;热管内蒸气沿程压差远小于液相压差 ;液体的平均速度远小于蒸气的平均速度;沟槽热管的最大传热能力受工作温度和毛细芯结 构尺寸的影响较大;燕尾形底宽的增大或微槽高度的增加有利于提高热管的最大传热能力, 而蒸气腔半径对最大传热能力的影响不明显。同时,还通过实验验证了本模型的正确性。
     

一种可主动控制工作温度的低温回路热管

低温回路热管是一种应用前景广阔的航天器热控设备。为了利用低温回路热管实现航天器低温部件的主动控温,进行了低温回路热管传热性能试验,并对试验中发现的低温回路热管控温性能进行了理论分析,进而对现有低温回路热管的结构进行了改进。改进后的低温回路热管能够在全功率范围内保持系统温差（主蒸发器与冷凝器温差）恒定,并能通过调节储液器上的加热功率,实现一定温度范围内的主动温度控制,使低温回路热管具有了毛细泵回路的控温功能。     

人工粗糙度对矩形弯曲管道流动与传热数值模拟

人工粗糙度作为一种局部强化换热技术,对提高再生冷却效率有重要意义。为了研究人工粗糙度对矩形冷却通道三维流动与传热特性的影响,以及在弯曲段与二次流的耦合作用,对有人工粗糙度的三维弯曲矩形通道进行了建模,并应用Fluent软件进行了数值仿真计算,采用了能够有效准确地求解受强曲率影响的管道内及近壁区域湍流流动的RNG k-ε湍流模型。结果表明:在冷却通道底面添加人工粗糙度会使底部流动受到干扰进而导致流速中心上移,因此在弯曲段,有人工粗糙度的冷却通道中所产生迪恩涡的范围相对较小且距离底面较远,而随着二次流的产生,流速中心会向底部移动,使得该处的换热得到改善,整体对流传热系数上升;当入口质量流量分别为0.1 kg/s,0.2 kg/s,0.3 kg/s时,有人工粗糙度工况下弯曲段加热面平均对流传热系数分别增加了11.86%,13.11%,16.14%,表明添加人工粗糙度可以显著提高换热,且随着入口质量流量的增加其对换热的提高作用也变得越来越明显。     

组合发动机微细通道氦加热器设计与流动换热

氦加热器是预冷组合发动机中重要的换热器之一,其原理是利用燃气燃烧的热量提高氦气做功能力,进而提升整个循环系统运行效率.研究中首先设计了蛇形管式、瓦片式、辐射式三种微细通道氦加热器.其次,基于FLUENT15.0软件对微细通道氦加热器管内外的对流换热系数和流动阻力进行了研究.对比模拟结果和经典关联式的计算结果,确定了适用...     

平板蒸发器环路热管的性能研究

作为一种新型的热控元件,环路热管依靠其可靠性高、传热能力强和等温性好等特性,能够在小温差、长距离的情况下传递大量的热量,因而被广泛地应用于卫星、飞船及电子产品等的热控。特别是具有平板蒸发器的微型环路热管具有很广阔的应用潜能。文章建立了环路热管运行的热力学和动力学模型,在此基础上用C++程序语言设计了相应程序,对某给定环路热管进行了热力特性计算。研究表明,蒸发器内部的压力降在环路总压降中占主导地位。     

倾角对含油工质冷凝换热影响的实验研究

随着航天器热控制的发展,蒸气压缩热泵排热系统等热控方式逐渐受到人们的重视,其中冷凝换热对热泵的性能好坏有重要的影响。为了研究重力场对冷凝换热的影响,将紫铜直管冷凝器置于蒸气压缩热泵系统中,通过改变重力场与流动方向的夹角,测量得到了不同倾角下的冷凝换热系数和压降。实验结果表明,倾角对直管内冷凝换热系数的影响较大,不同倾角下的换热系数差别达30%,远大于不同倾角对直管内蒸发换热的影响;压缩机润滑油对冷凝换热的影响也很大,相比较无润滑油冷凝换热系数低30%以上。随着质量流量的增加,压缩机润滑油的影响逐渐减弱。
     

深冷环路热管传热性能研究

通过实验,从超临界启动特性、传热能力、周期性载荷适应能力等方面,对自行设计的一套小型深冷环路热管进行了研究,并对实验现象进行了描述与分析。结果表明该深冷环路热管能够顺利完成超临界启动过程,且副蒸发器功率越大,主蒸发器降温越迅速;完成启动后主蒸发器具有独立运行能力,主蒸发器独立运行时具有12W×0.5m的传热能力;该深冷环路热管对周期性载荷具有很好的适应能力。