航天器用记忆合金热开关的设计与理论分析

介绍了一种航天器热控制用记忆合金热开关的设计与分析。该热开关以形状记忆合金弹簧作为感温和驱动元件,当温度超过记忆合金材料的奥氏体相变点时,驱动元件开始变形并推动热开关闭合;温度低于记忆合金材料的马氏体相变点时,偏置弹簧将克服记忆合金元件的弹力,推动热开关使之断开。热开关结构为圆柱体,长度32mm,直径23mm。对热开关的力学参数、传热性能进行了分析计算,表明该热开关的闭合热阻为2．69K／W,断开热阻大于352．64K／W,闭合时间小于30min。     

4.2—280K宽温区低温电磁驱动式热开关实验研究

为了在低温温度标定系统中实现超宽温区控温,研制了一种以电磁力驱动的主动机械式热开关,相比常规的气隙式或者材料热胀冷缩式热开关,具有工作温区宽、响应速度快等优点。以一台两级G-M低温制冷机为冷源,搭建了温度低至4.2 K的低温热开关性能试验台。通过升降温过程中的控温对比实验,测得该热开关在50 K时闭合热导为1.5 W/K,断开热导为1.2 m W/K,开关比为1 250;在240 K时闭合热导为0.4 W/K,断开热导为0.5 m W/K,开关比为80。     

高温超导滤波器系统散热模拟及实验研究北大核心CSCD

小型制冷机是高温超导滤波器系统的重要组成部分,在冷端提供冷量的同时需在热端向环境排热。基于模拟和实验,设计了一款散热翅片,并在自然对流的条件下对翅片的散热性能进行研究。结果表明,在功率为12 W时,散热翅片最高和最低温度分别为58.2℃和53.2℃,当在翅片背部增加一层石墨烯导热膜后,最大和最小温度分别降低了3.3℃和4.7℃;采用翅片和环境之间的传热热阻R_(s)来评价两种翅片的性能,铝-导热膜传热热阻介于2.58—3.05℃/W之间,相比于传统铝翅片其与空气传热热阻最高降低了33.3%。     

微通道冷凝器低温回路热管的实验研究

设计了一套以乙烷作为工质,使用微通道冷凝器的低温回路热管原理样机,并对样机的降温过程、传热性能以及再启动特性进行了实验研究。结果表明:在5 W的驱动功率下该低温回路热管可实现快速降温,在降温过程中通过增大蒸发器的加热功率可以加速回路热管的降温;该样机可以在200 K时能够稳定传输50 W的热量,并且随着加热功率的增大,回路热管的热阻不断减小;在回路热管停止工作后,重新施加热量,该样机仍能够正常启动;该样机在本实验中的最大传热功率为54W,此时的热阻为0.46 K/W。     

微膨胀型低温热开关研究

低温热开关是空间制冷中多机并联的关键技术之一,主要用于耦合备用制冷机以减少非运转机上的寄生热载.在比较了各种空间用低温热开关的性能的基础上,详细介绍了中国科学院理化技术研究所研制的被动型热开关的设计及实验情况.其工作原理是根据不同材料的热胀冷缩性能不同进行的,结构总长度在20～40 mm之间,仅由3部分组成.设计了长寿命实验的自动测试实验台,并进行1 500次的开关循环实验,证明此装置的可靠性.实验结果表明,该热开关闭合热阻小于1.1 K/W,断开热阻大于1 400 K/W.     

中低温脉动热管传热性能的模拟研究

脉动热管是一种新型传热元件,具有结构简单,传热性能突出的优点。针对可用于低温冰箱的脉动热管,采用R508B为工质,运用多相流VOF方法建立闭式环路中低温脉动热管三维数值模型进行了数值模拟分析。模拟过程中,环路脉动热管的充液率分别为30%、50%、70%,热端加热功率分别为20 W、40 W、60 W、80 W、100 W、120 W,模拟了初始充液后管内气态和液态的相间分布,获得了不同时间点管内温度分布,探讨了中低温脉动热管充液率和加热功率对热管换热性能的影响。结果表明,中低温热管与常温热管在启动和稳定运行阶段具有相似的特征,当中低温脉动热管稳定运行时,温度的波动具有周期性。脉动热管的传热性能随着加热功率增大而变化。充液率较低时,在低加热功率下的冷热两端温差和等效热阻都比较小,当加热功率较大时热阻会出现上升。当充液率较高时,在低加热功率下脉动热管的冷热两端温差和等效热阻都比较大,随着加热功率的增加,温差和热阻都减小。     

热电制冷器辅助下环路热管运行特性的实验研究

针对一种平板型蒸发器环路热管进行了实验研究,研究了制冷器功率及加热功率对热电制冷器辅助下环路热管运行特性的影响。结果表明,实验功率范围内,在无热电制冷器辅助状态下,环路热管成功启动运行,但性能较差,热阻达到1.14℃/W;外加热电制冷器后,环路热管启动时间稍有缩短,性能改善明显,热阻最低达到0.15℃/W。加热功率恒定20 W时,随制冷器功率的增加,环路热管运行温度和热阻会呈现先减小后增大的趋势;制冷器功率恒定6 W时,随加热功率的增加,环路热管运行温度随之增大,而热阻会呈现先减小后增大的趋势。另外分析温度均匀性发现平板加热面的温度可在±2℃范围内。     

利用光热反射法研究多层薄膜结构的散热性能

搭建了纳秒激光加热、连续激光探测的光热反射实验系统,通过测量芯片中多层微米厚度薄膜不同位置的反射信号,评估了不同薄膜结构对器件散热的影响.在多层薄膜热传导模型的基础上,结合Laplace逆变换的Stehfest数值解拟合得到了微米级厚度薄膜的热物性参数以及界面传热特性.拟合得到绝缘层热导率为0.75 W/(m·K),与磁控溅射Al薄膜间的界面热阻约为10~(-8) m~2K/W.进而建立了电子器件封装镀膜的热分析有限元模型,比较了沉积类金刚石薄膜前后芯片热点温度的变化,结果表明:类金刚石薄膜可以进一步改善芯片的散热性能.     

乙烷双蒸发器低温回路热管的实验研究

介绍了一套双蒸发器低温回路热管样机的运行特性,包括次蒸发器辅助热管的降温启动性能和系统的传热能力。样机以乙烷作为工质,能够在次蒸发器上施加一定加热功率的情况下更快、更顺利地进入稳定工作状态。实验结果表明,该样机最高能够传递16 W的热量,最低传热热阻为1.3 K/W。     

微通道环路热虹吸换热器传热性能及不稳定特性实验研究

搭建了微通道环路热虹吸换热器实验平台,以R245fa为工质,在控制环境温度条件下,分别研究了充液量及加热功率对系统传热性能的影响以及高加热功率下蒸发器局部高温及局部温度振荡现象。结果表明:随着加热功率的增加,系统总热阻呈先下降,后趋于稳定,再逐渐升高的变化趋势;不同的充液量下,存在不同的最佳加热功率区间,系统热阻最小;在高加热功率下,蒸发器上部远离出口区域首先出现过热现象,并随着功率的增高,过热区域逐渐向外部区域扩散;当充液量较低且加热功率较大时,系统会出现周期长、振幅高的温度及压力波动特性。