环路热管启动特性的实验研究

通过大量的实验研究了蒸发器内气液分布、反重力工作高度、启动热载荷的大小、热沉温度等因素对启动的影响, 描述并分析了4种不同蒸发器内气液分布情况下的启动现象, 给出了系统温度变化曲线图, 分析了启动的难易程度. 根据实验数据得出结论: (ⅰ) 对于液体干道内充满液体的启动情况, 储液器温度上升的主要原因并不是漏热, 而是回路压力升高所致. (ⅱ) 热载荷大有利于启动. (ⅲ) 未完全绝热时小热载荷下热沉温度不影响启动. (ⅳ) 环路热管在反重力情况下启动时, 当蒸汽槽道存在蒸汽时, 所需启动时间、启动温升增大; 而蒸汽槽道充满液体时, 所需时间、过热度和启动温升都减少. 实验还观察到了反重力启动时呈现两种启动方式的特别现象.     

陶瓷芯平板式毛细泵设计及试验

为有效解决平板毛细泵蒸发器向补偿室的背向漏热问题,本文设计了一种在材料选择和内部结构构型上显著区别于传统平板毛细泵的新型平板毛细泵.材料选择方面,本文采用低热导的氮化硅陶瓷毛细芯,其导热系数仅为2.7 W/(m K),显著增大了蒸发器与补偿室的热阻;同时氮化硅毛细芯孔径和孔隙率为0.5μm和70%,也明显优于传统金属毛细芯,有利于提升环路热管毛细传热极限.结构构型上,平板毛细泵外轮廓尺寸为82.0 mm×53.0 mm×16.0 mm,内部并列布置了8根柱状氮化硅毛细芯,柱状毛细芯外壁与蒸发器壳体内壁过盈配合,很好地解决了蒸汽槽道与补偿室的相互密封问题.试验测试了平板毛细泵环路热管的启动特性和传热性能.(1)水平姿态下,环路热管在5.0～20.0 W的启动负载下均能快速启动,且蒸发器无明显的过热现象;倾斜姿态时,环路热管在5.0 W启动负载下启动时间显著增长、启动温升明显增大,但启动负载加大至20.0 W后,启动特性恢复至水平姿态.(2)环路热管的传热极限和热流密度极限超过400.0 W和26.3 W/cm~2,最小热阻值为0.018°C/W.     

氨工质脉动热管的可视化启动和传热性能研究

开展了以氨为工质的脉动热管的可视化启动和传热性能实验研究.实验所用6弯脉动热管由石英玻璃制成,玻璃管外径和内径分别为6和2 mm.通过可视化手段观测脉动热管的流型转换特征和启动特性,并重点研究了脉动热管在不同倾角下的温度波动趋势和热阻分布规律.结果显示,氨工质脉动热管在任意倾角下都能顺利实现启动.运行稳定后其整体热阻可以低到0.02℃/W,表明热量能够十分迅速地从热端传到冷端,并且热阻随着倾角的增大而减小.     

硅基微型振荡热管的流动可视化实验研究

利用MEMS技术,首次在硅基芯片上加工制作了梯形截面的微型振荡热管.借助摄像机,对以FC-72为工质的两个通道水力直径分别为352μm（#1）和394μm（#2）的微型振荡热管的启动和稳定情况下的运动特征和流型等进行了可视化观察.结果发现微型振荡热管的启动相当迅速,在启动过程中没有观察到明显的核化现象,蒸发段内的汽塞主要通过液塞断裂而产生;进入稳定阶段后,微型振荡热管对倾斜角度的适应性较强,在10°～90°的范围都可实现持续稳定的大幅振荡,但只在#2热管内明显地观察到工质的单向循环运动.实验中观察到泡状流、塞状流、环状流、半环状流和波环状流等,而核态沸腾只发生在#2热管的蒸发段,在其冷凝段还观察到了喷射流.     

月地高速再入返回器热控设计及实现

针对月地高速再入返回器不同阶段大功率散热、小功率保温与高速返回过程中高温隔热之间的突出矛盾,以及狭小、局促空间内设备热量的收集、传输、排散与阻断等技术难题,首次构建一种基于柔性自适应"热开关"的小型再入返回类航天器热控体系,成功研制出一套基于异构式环路热管的一体化柔性、高效热管理系统.在轨飞行数据表明:核心热控产品环路热管控温运行模式下实际传热能力超过65 W,阻断模式下漏热量小于2 W,"热导比"大于30,能够很好地实现"热开关"功能,确保了返回器所有设备的温度水平优于指标要求.     

毛细力驱动海水淡化

报道了一种新型毛细力驱动海水淡化系统.系统类似打开的环路热管,以毛细芯提供的毛细力为驱动力,抽取海水进入毛细芯发生汽液相变,产生的蒸汽进入冷凝器冷凝成淡水.实验结果表明,使用有效受热面积为50.24 cm2的蒸发器,在壁面温度为40℃时,淡水产量91.8 g/h,产水含盐约30 mg/L,水质超过饮用水标准.毛细芯中的弯液面可以自适应外界热源,在33℃~56℃间都能正常运行(产水温度30℃).由于广泛的温度适应性,特别是低温下的海水淡化和物质提纯能力,使得该方法在低品位余热利用等领域具有很大的优势和潜力.     

蒸气在变壁温竖直细圆管内的流动凝结换热特性

针对细小直径圆管的特点, 对经典的Nusselt分析进行修正, 考虑凝结液膜弯曲引起的表面张力以及气液界面蒸气剪切力影响, 建立变壁温条件下竖直细管内流动凝结换热的数学模型, 从理论上探讨小管径下, 沿程管壁温度和重力等作用因素对流动凝结影响程度发生的变化. 实验检验证实分析模型的结果是可靠的.     

改善复杂形状的热成形先进高强钢汽车结构件成形性的工艺开发和机理分析

针对具有形状要求的先进高强钢(AHSS)汽车结构件热成形时经常发生破裂现象,从其各处分布的不同应力方式对样件微观结构、厚度分布和力学性能影响作用存在差异的角度分析,首次利用高速加热炉、急冷处理室和带有冷却水道模具的一体化实验设备,通过在冲压前设计急冷处理新方法,即由现有工艺的奥氏体化后直接冲压成形,转变成先经急冷处理,然后到700°C左右成形,其目的是:使得样件上以拉应力为主的加载区,因具有较好硬化指数n值而获得较好成形性;以压应力为主的某些抑制马氏体相变区域,因提前的急冷处理而在微观奥氏体母相中增加马氏体新相形核的几率,获得致密的组织结构,以改善强韧性.实验证明,通过冲压前的急冷处理,样件更为完整,未出现开裂现象;微观具有明显细化的马氏体排列形态;宏观硬度分布均匀,且都在460 Hv以上,能够满足高强度、高韧性的性能要求.从而,验证了该急冷方法的科学有效,并突破了国内现有热成形AHSS易开裂的瓶颈问题,为建立我国自有知识产权、复杂形状的热成形AHSS结构件生产工艺路线提供了依据.