“Ω”形軸向槽道熱管傳熱特性研究及其設(shè)計優(yōu)化.pdf

1、可靠高效的熱控系統(tǒng)是空間飛行器安全工作的首要前提，傳統(tǒng)的空間飛行器熱控系統(tǒng)大多靠單相循環(huán)進行散熱，此類熱控系統(tǒng)的泵功消耗及自重指標(biāo)都未盡人意。隨著空間飛行器的發(fā)展，迫切需求靈活性更高，自重更輕，無泵功消耗的換熱設(shè)備。目前最具發(fā)展前景的當(dāng)推微槽道毛細熱管。“Ω”形軸向槽道熱管作為微槽道毛細熱管的最新代表，具有很強的毛細泵壓和吸液芯滲透性，表現(xiàn)出了更優(yōu)越的導(dǎo)熱性能和恒溫特性，可于微重力環(huán)境下安全、可靠、穩(wěn)定地工作，在航天熱控系統(tǒng)、微電子元器

2、件散熱等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。 本文建立了“Ω”形軸向槽道熱管流動和傳熱特性的理論分析模型。數(shù)值模擬分析了蒸汽腔及吸液芯結(jié)構(gòu)尺寸對流動特性的影響，熱負荷對蒸發(fā)段起始點處毛細半徑的影響，吸液芯結(jié)構(gòu)尺寸和熱管工作溫度對最大傳熱能力和熱管總熱阻的影響，給出了毛細半徑、液體和蒸汽的壓力和平均流速的沿軸向分布。結(jié)果表明：在汽．液交界面上，蒸汽逆向流動對液體的剪切作用在接觸角θ很小時，將隨蒸汽腔形狀的改變而變化，但當(dāng)接觸角θ大于60°時，

3、則幾乎不變；毛細半徑在蒸發(fā)段、絕熱段增速非常緩慢，而從冷凝段開始毛細半徑急劇增加；當(dāng)蒸發(fā)段起始點處毛細半徑為最小值時，“Ω”形軸向槽道熱管也就達到了最大的傳熱能力；在“Ω”形軸向槽道熱管內(nèi)，蒸汽壓差遠遠小于液體壓差；“Ω”形溝槽的毛細芯窄縫有效減弱了蒸汽逆向流動對微槽內(nèi)液體流動的阻礙，提高了熱管的傳熱性能；在一定的熱管結(jié)構(gòu)尺寸和機械加工能力范圍內(nèi)，選擇小毛細芯窄縫寬度和大毛細芯直徑的吸液芯結(jié)構(gòu)在有效地提高“Ω”形軸向槽道熱管的傳熱能力的

4、同時，也導(dǎo)致了熱管總熱阻的增加。 同時，本文搭建了一套軸向槽道熱管性能測試實驗臺，并對一定型“Ω”形軸向槽道熱管展開了性能測試實驗，實驗研究驗證了理論模型的準(zhǔn)確性，也證明了“Ω”形軸向槽道熱管可以實現(xiàn)近似等溫的長距離熱量傳輸。 本文還采用Visual Basic編制了“Ω”形軸向槽道熱管優(yōu)化設(shè)計計算的小生境遺傳算法程序并進行了優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化計算表明，在“Ω”形軸向槽道熱管設(shè)計中，存在一個決策過程，應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境條件