不同工质回路热管负载功率变化下的质量流量特性

为了进一步提高回路热管仿真精度并丰富回路热管实验研究方法，本文对回路热管瞬态传质进行实验研究。使用高精度质量流量计分别对以丙酮、乙醇、丙烯为工质的回路热管进行不同负载功率下的质量流量测量研究。结果表明：启动阶段，热负载10W时，丙烯回路比丙酮回路热管启动快，且两者的温度稳定均滞后于质量流量；稳定阶段，随着热负载功率增大，不同工质的回路热管的平均质量流量均线性增长，而瞬态质量流量则持续波动，其质量流量波动幅度均呈现先减小后增大的趋势。质量流量波动幅度会受到气体工质的可压缩性与作用在毛细芯内部上的热量的共同影响。通过频谱分析发现，液相质量流量波动还会受到冷凝器两相区的影响。高热负载下，作用在毛细芯内部上的热量占主导地位，质量流量波动加剧，同时出现周期性大幅波动，且其波动频率随着热负载增大而增大。     

工质对180～230 K低温环路热管工作特性的影响

摘 要：低温环路热管（Loop heat pipe, LHP）是一种高效的两相传热装置,常被用在航天热控系统中。为探究用于空间探测项目中180～230 K环路热管的合适工质,采用乙烯、乙烷和丙烯为工质对LHP在不同热沉温度下的启动特性、工作温度对热负荷增大的响应变化及稳态传热热阻进行了实验研究。实验和分析结果表明启动前蒸发器和补偿器温度低于工质临界温度至少10 K时,LHP均能以5 W的热负荷成功启动。启动前蒸发器温度相近时,乙烷LHP和丙烯LHP的启动温升均在2 K以内,乙烷LHP启动时间短于丙烯LHP,工质汽化潜热和液体粘度差异是造成LHP启动时间差异的重要因素。工质对LHP工作温度随热负荷增大的响应影响不明显：蒸发器温度均随热负荷的增加而先减小后增大,最低工作温度出现于20～30 W,LHP达到稳定状态的时间随热负荷增大而缩短。工质能明显的影响LHP的稳态传热热阻,工质在外环路的压降是其影响LHP稳态传热热阻的重要因素,而工质的气相压降占外环路总压降的绝大部分：小的气相压降对应小的稳态传热热阻,同热负荷下的乙烯LHP气相压降小于乙烷LHP和丙烯LHP,且气相压降均随温度升高而减小,对应的乙烯LHP稳态传热热阻小于乙烷LHP和丙烯LHP,且传热热阻都随温度升高而减小,实验得到的LHP最小稳态传热热阻达到0.21 K / W。     

微尺度通道内气液两相流型可视化研究

建立微尺度通道流动沸腾换热试验台,采用高速摄像仪对水平微尺度单管（内径0．8mm）内低沸点制冷工质（R32／R134a（25％／75％））气液两相流动特性进行可视化观察研究分析,获得了流型照片。在各种质量流量和进口干度下对工质在微尺度管内的两相流流动特性进行了试验,观察到了各种工况下流型的转化特点,对流型的影响因素进行分析。试验工况为：质量流量G=760～10360kg／（m2．s1,进口干度x=0．01～0．77。实验结果表明：在较高的质量流量工况下,工质在微尺度单通道内的流型比较单一,主要呈气状流／雾状间隔流动。在进口质量干度较低的情况下,也会出现比较明显的环状流,但液膜总处于波动状态,有不稳定现象。无论什么工况,均没有出现像常规通道内的分层流动现象。·     

基于氮化硅陶瓷毛细芯的低温回路热管研究

利用氮化硅陶瓷多孔材料作为毛细芯设计了一种以乙烷为工质的低温回路热管样机, 并对其降温及传热性能进行了研究。试验结果表明,通过在蒸发器上施加4 W的热量, 这种低温回路热管能够在常温下实现启动,并能顺利实现降温;在降温过程中,通过不断增大加热功率,可以加快低温回路 热管的降温;当蒸发器的温度为190 K时,该样机可以稳定传输30 W的热量。     

多蒸发器低温回路热管的运行特性

回路热管（LHP）是柔性高效的两相流换热部件，通过工质的相变以及毛细芯的吸附作用实现高效传热。多蒸发器回路热管（MeLHP）是在其基础上通过多个蒸发器并联实现对多个热源的高效热收集与排散，适用于空间探测技术中多阵列红外探测器的制冷。本文试验样机采用包含三个蒸发器的多蒸发器回路热管结构，管路以气耦合方式并联，管线非对称布置，工作温区为170K，采用乙烷为相变换热工质。以单蒸发器回路热管的数据为参考，在不同的加热功率及加热方式下对多蒸发器回路热管进行运行特性的实验研究，并从补偿器工作特性出发研究其充液率对性能的影响。实验证明，该MeLHP样机运行过程中具有良好的热分享特性，负载热量在各蒸发器间互相分享，且该特性有方向性，与两相流的流动特性相关，表现为低流阻回路向高流阻回路分享为有效分享，反之会引起高流阻性能变差而容易失效，因而低流阻回路分配更多热负载，有利于热管运行；MeLHP的传热极限与单蒸发器回路热管相当，并且实验还验证了MeLHP补偿器的工作方式为单一补偿器工作，因而对MeLHP充装时应适当提高充液率，以获得与单回路热管一致的性能。该研究有助于多蒸发器回路热管运行规律的掌握，对实际应用的推动有促进作用。     

低温环路热管综述

环路热管是以多孔毛细芯抽吸力为动力的相变传热设备,可根据实际应用改变结构形式,能在远距离传热的同时保持良好的均温性,并且可在微重力环境下运行。环路热管工作温区较广,按照其工作温区一般可分为高温环路热管(350 K以上)、常温环路热管(200～350 K)和低温环路热管(200 K以下)。为了满足深空探测的需要,低温环路热管广泛应用于航天设备温控系统中并表现出优异的性能。按照孔隙特征和结构形式将用于环路热管的毛细芯分为四种,简要阐述每种毛细芯制备和特点;综合分析了近年来低温环路热管技术主要理论和实验研究成果,将目前低温环路热管常见的工作温区分成五个部分,分析影响低温环路热管传热性能的因素,包括工质充装量、反重力高度、次蒸发器功率等。最后,提出优化措施以满足未来深空以及地面应用的需求。     

液氮温区Ω形轴向槽道热管的启动特性与传热性能

基于空间深低温热传输需求设计了一套带有常温储气库的氮工质Ω形轴向槽道热管，并对其启动特性和传热性能进行实验研究，对比了槽道热管在不同充液率和放置角度下的传热性能。结果发现：热管在常温下启动迅速，绝热段及蒸发段在冷凝段降温至液氮温区后可以在短时间内降温，热管均温性良好。槽道热管能够在70~110K温度范围内高效传热，热阻随运行温度和热负荷的上升而减小。热管的充液率为100%时其传热性能最优，过大或过小会使得热管传热性能下降。储气库结构可以减小热管工作温度变化对其充液率的影响，利于其在更大的温度范围内获得更好的传热性能。热管的放置形态对其传热性能有显著影响，不同的放置形态会影响热管的传热极限和传热热阻。当热源处于蒸发段管线下端时性能最优，最大传输功率为45W，热阻最低为0.31K/W。     

均温板散热技术研究进展

均温板作为一种新型的两相流散热技术,具有导热性高、均温性好、热流方向可逆等优点,克服了传统热管接触面积小、热阻大、热流密度不均匀等问题,已经成为解决未来电子工业中高热流密度电子器件散热有效途径之一。本文总结了3种吸液芯种类：微槽道型、烧结粉末型、烧结丝网型,阐述每种毛细芯的制备方法,并比较它们的优缺点;简述了当前国内外对均温板传热传质理论的最新研究进展,学者们利用输运模型沸腾理论捕捉气液界面,确定临界热通量,分析工质在均温板内的流动和传热的规律。本文剖析了影响均温板性能的各个因素,包括流体选择、充液率、热源输入功率大小和分布位置、工作角度等。最后从背景环境角度对均温板的应用方向进行了分析和展望。     

环路热管中Ti64ELI毛细芯传热能力的实验研究

在环路热管(LHP)中,蒸发段的结构最为复杂,而其中的毛细芯是直接影响热管工作性能的部分,因此有很大的研究价值。为模拟LHP中毛细芯的真实运行情况,设计了一台在常温下测定毛细芯工作时表面温度的实验装置,对环路热管蒸发段毛细芯的传热能力进行独立的实验研究,分别采用乙醇和水为工质,在不同的加热功率下,计算毛细芯的有效热导率。研究发现,在低加热功率下,含乙醇的毛细芯的有效热导率要高于含水的毛细芯的有效热导率;而在高加热功率下,实验结果正好相反。本次实验的结论对于毛细芯传热性能的评估具有一定参考价值,也可以为LHP蒸发器的模拟仿真提供一定的实验数据。     

不同工质下带蒸汽腔的?形微通道热沉特性

借鉴轴向槽道热管结构在工作时良好的气、液分离工作特性,本文提出了一种带蒸汽腔的复合微通道热沉,用以解决大面积或高热流能量收集时热沉通道内部由于排气不畅易导致气塞和返流现象,进而出现流动沸腾不稳定性问题和传热恶化的问题。热沉底板包含20个?形平行通道,肋顶端与盖板下表面间形成连通的蒸汽腔作为两相流时的气体流道。实验以无水乙醇、Novec HFE 7100为工质,并结合可视化观测对热沉性能进行了研究,可以观察到随加热热流密度逐步增加,热沉内部工质依次经强制对流到过冷沸腾、核态沸腾,并最终达到过渡沸腾,可视化实验结果与温度测量结果相吻合。当使用乙醇为工质,在入口质量流速qm=280.37kg/(m2·s)、加热热流密度qeff=30.32W/cm2时,最大传热系数为9494W/(m·℃)。此种结构在有效地保证了热沉换热效果的同时,通过分离气、液流道对抑制流动沸腾不稳定性有明显效果。