高效相变蓄热装置结构设计及试验研究

文章针对某飞行器舱内大功率设备控温需求,提出了相变蓄热技术解决方案,建立了平板式肋片强化相变蓄热装置物理模型,根据大功率伺服舵机控制器热耗及工作模式等参数条件,采用十八烷为相变吸热材料,设计了一台高效平板式肋片相变蓄热装置,并通过地面试验研究,验证了该装置的控温性能、稳定性及等温性。试验结果表明:所设计的肋片式高效相变蓄热装置,在120 W热源功率下,可以将设备温度控制在50℃以下超过3000 s;榫槽形式的封装结构具有良好的密封性能,相变蓄热装置在多次相变循环后无泄漏;在3000 s测试时间内相变装置内部最大温差为3℃,具有很好的等温性。     

相变材料深空控温技术研究

随着航天电子产品向小型化、集成化方向发展,产品热流密度迅速增长,其抗热冲击散热问题成为制约产品设计的瓶颈问题之一.使用相变控温技术可以很好地解决该问题,且相变控温属于被动控温,可靠性很高,符合航天产品要求.以某VPX标准机箱扩热板结构为研究对象,提出相变材料与载荷产品结构复合一体化的相变控温装置设计方法.通过设计试验进...     

碳基复合相变装置及在大热耗单机温控中的应用

碳基复合相变装置以高导热碳基复合相变材料为主要储能和导热载体,利用高导热膨胀石墨强化导热,运用相变材料的潜热实现热量的削峰填谷,可有效抑制短时大热耗单机的温升,减少单机非工作时段所需的补偿功耗,节省卫星的重量资源和功耗资源。主要介绍了一种高导热碳基复合相变装置,结合复合相变装置与卫星结构板优化的综合散热系统,用于解决星载短时工作的大热耗单机温度控制问题。通过理论计算与热仿真分析相结合,对复合相变装置进行了优化设计;通过开展专项试验对复合相变装置的热性能和空间环境适应性进行了充分验证;并在整星真空热平衡试验中,验证了复合相变装置对大热耗单机的温度控制效果。     

一种复合相变热沉设计与散热性能分析

为解决弹载电子设备短时高功耗运行可能引起的元器件急剧温升进而导致失效问题,文章首先研究了几种相变热沉的设计方法和工艺路径,通过仿真对比证明碳基骨架-特种石蜡复合相变热沉质轻且散热性能优越。然后,针对新研高热耗模块,对膨胀石墨-特种石蜡复合相变热沉进行精细化设计,制作样件,并通过仿真对比验证其散热性能满足要求,同时分析了实验测试结果和仿真结果的差异及原因,研究结果可为严酷条件下应用相变材料进行热设计和热管理提供参考。     

一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器设计及验证

针对月球轨道复杂的热环境,设计一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器,通过利用相变材料熔化蓄热、凝固放热的特性,实现对航天器在不同外界热环境条件下散热能力的调节。基于一系列简化假设,开展相变换热器仿真分析,计算给定入口温度条件下相变换热器的换热性能和熔化与凝固特性,并且详细分析相变腔体内相变材料的熔化过程。通过搭建相变换热器性能试验台开展试验研究,得到相变换热器运行的温度结果,验证了相变换热器设计的合理性。文章提出的耦合相变换热器的流体回路方案可作为载人航天器月球轨道飞行的有效热控手段。     

石墨烯改性溶胶⁃凝胶复合涂层的 制备及其防腐性能

利用溶胶-凝胶技术在铝合金表面制备石墨烯改性溶胶-凝胶膜层,形成复合涂层。通过扫描电镜和能谱测试,分析涂层的表面形貌及成分。采用动电位极化曲线和交流阻抗测试不同石墨烯添加量时复合涂层的电化学性能。研究表明,石墨烯添加后能够形成均匀且较为致密的复合涂层,且与单一的溶胶-凝胶涂层相比,复合涂层具有更正的腐蚀电位(-1.18 V)、更低的腐蚀电流密度(2.84μA/cm~2)和更大的线性极化电阻(415.49 kΩ·cm~2),说明石墨烯添加提高了涂层的防腐蚀性能,然而当石墨烯添加量超过0.5%时,石墨烯发生团聚,产生膜层缺陷,降低复合膜层的防腐性能。研究结果为制备溶胶-凝胶复合涂层及提高铝合金的耐蚀性提供了研究思路。     

复合相变热沉在电子设备热管理中的应用

某些特殊电子设备的短时高功耗运行往往会引起急剧温升,进而导致设备失效。文章采用膨胀石墨/高碳醇复合相变材料(PCM)作为热沉,针对某高功耗模块进行了散热仿真,并与传统铝热沉进行了对比,结果表明无主动散热平台下PCM热沉显著优于铝热沉。同工况温箱实验进一步验证相变热沉散热特性,并与仿真结果进行对比,结果表明实验结果与仿真结果具有一致的温度变化趋势,但由于相变温度范围的差异导致不同时间段温升速率不同。分析了二者的差异及原因,为严酷条件下应用相变材料进行热设计和热管理提供参考。     

固-液相变装置传热性能数值计算研究

卫星内安装的某些设备在轨长期工作时要求维持较恒定的温度,特别是热容较小的设备受外热流影响温度波动会比较大,文章在传统热控设计的基础上增加了相变装置,利用焓法建立了设备、蜂窝板、相变装置统一的控制方程,研究了空间环境下相变装置的热性能。结果表明:采用相变装置有助于提高散热面的等温性,同时能够有效降低设备的温度波动范围,为航天器内设备的热控设计提供了一定依据。     

《固体火箭技术》碳纳米(石墨烯)材料技术专栏征稿启事

正碳纳米(石墨烯)材料作为一种战略性新型材料,因其比表面积大、强度高、导电导热性能优异及透光性高等特点,在轻量化材料、动力电池、电磁屏蔽材料、散热材料等领域具有巨大的应用前景。目前,碳纳米(石墨烯)材料已成为空天推进与动力领域高技术研究与应用的热点,在固体推进剂性能提升与降感、超高温绝热阻燃材料改进、内外防热涂层性能提升、高性能树脂、C/C、Si/C以及有机纤维复合材料在特种环境下性能提升等方面初露锋芒。为展示碳纳米(石墨烯)材料最新研究成果,《固体火箭技术》特别邀请专家组织一期碳纳米(石墨烯)材料在空天推进与动力领域的应用技术专栏,以期推动该材料应用技术水准和应用范围上一新台阶。     

脉冲热负荷下相变蓄热对蒸发循环制冷性能的影响

针对激光器等短时大功率器件的温度控制问题,提出了基于相变蓄热与蒸发循环制冷的热控制方法.以峰值热流密度为106 W/m2的激光器为控温对象,建立相变蓄热与蒸发循环制冷耦合的仿真模型,通过数值仿真对比研究了有无相变蓄热器及不同相变蓄热器耦合位置、压缩机转速及热负荷占空比情况下热源的温度波动幅度与制冷系统的制冷效率.结果表...     

应用相变储能板的星载数据处理器热设计

某星载数据处理器采用标准机箱结构,实现整星对地遥测数据的存储与传输的功能。数据处理器总热耗较大,其中有3个数据处理单元在工作时热耗高达70W。针对数据处理单元的周期性工作特点,填充有相变材料的储能板作为其散热措施使用。在数据处理单元工作时储热,间歇时散热,实现对数据处理单元的温度控制。为了验证该热设计措施的有效性,采用Flotherm软件进行仿真分析并设计了真空下的瞬态热平衡试验。仿真和试验结果均证明热设计方案合理,该相变储能板可以适应数据处理单元周期性工作的需求,且其内部所有元器件均满足一级降额设计要求。这种热设计方法为后续该类型周期性工作的大热耗单元热设计提供了参考意义。     

相变材料在航天器上的应用

随着航天技术的发展,航天器内部仪器设备的功耗和热流密度不断增大,给航天器热控设计带来新的困难,但为相变材料的应用提供了机遇。文章针对相变材料在相变过程中具有温度恒定、没有运动部件等特点,重点介绍了相变材料分类、特性及其在航天器热控设计中的应用,分析了相变材料在工程应用中面临的问题,给出了相变材料在航天器热控技术上应用的发展方向。     

一种直接入轨卫星变轨阶段的供电方案

相比传统的卫星自身变轨方式,直接入轨方式下卫星的主动段时间将延长到4~5h。为解决卫星直接入轨过程中由于主动段时间大大加长,导致卫星电能需求的增加,以及电源系统配置不必要的质量增加的问题,文章提出了一种在发射和变轨阶段通过运载火箭上面级向卫星供电的方案,即在上面级上增加了一套独立的一次性电源系统。该系统与卫星自身电源系统相结合,在发射和变轨期间优先使用,卫星自身电源根据负载用电情况自主介入,能很好地解决卫星直接入轨方式下主动段的电能需求问题。     

飞行器高热流密度长时间测试方法

为实现对飞行器高热流密度热流的长时间测量,文章提出了一种以与高导热金属蜂窝材料复合的相变材料作为热沉的热流计,利用相变材料的潜热持续吸收热流计所接收的热量,可以对1 MW·m-2的热流密度持续测量2000 s以上。利用显热容数值方法建立了高热流密度长时间持续测量的分析模型,研究了热沉相变材料的热导率、相变温度、相变潜热等物性参数对测量方案的影响。研究结果表明,应选取热导率较大、相变温度较低且高于初始环境温度,以及相变潜热较大的相变材料作为长时间高热流密度测量的热沉材料。     

不同尺度下相变材料熔化过程自然对流影响分析

为了解自然对流对固液相变传热的影响,采用有限容积法对重力条件下矩形腔内相变材料熔化过程进行了数值模拟。通过改变矩形腔的尺寸,分析了不同尺度对高温壁面平均Nu数(Nu数)及相变材料温度场、速度场的影响。结果表明:随着尺度增加,自然对流作用增强,Nu数逐步增大,液相区流动从稳定向周期振荡过渡,且流线越来越不规则。     

微重力条件下固液相变过程空穴移动特性研究

为了解微重力条件下固液相变传热过程中空穴的移动特性,建立了一种基于温度排序算法的空穴模型,研究了空穴在不同初始位置的移动过程。结果表明,不同初始位置的空穴均沿着热流的反方向移动,在相同热边界条件下空穴的最终位置与初始位置无关。