平板蒸发器环路热管的性能研究

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1、第29卷第2期航天器环境工程2012年4月SPACECRAFTENVIRONMENTENGINEERING197平板蒸发器环路热管的性能研究张宏刚，方贤德，霍莎莎（南京航空航天大学航空宇航学院，南京210016）摘要：作为一种新型的热控元件，环路热管依靠其可靠性高、传热能力强和等温性好等特性，能够在小温差、长距离的情况下传递大量的热量，因而被广泛地应用于卫星、飞船及电子产品等的热控。特别是具有平板蒸发器的微型环路热管具有很广阔的应用潜能。文章建立了环路热管运行的热力学和动力学模型，在此基础上用C++程序语言设计了相应程序，对某给定环路热管进行了热力特性计算。

2、研究表明，蒸发器内部的压力降在环路总压降中占主导地位。关键词：环路热管；平板蒸发器；热性能；临界热载荷中图分类号：TK124文献标识码：A文章编号：1673-1379(2012)02-0197-04DOI：10.3969/j.issn.1673-1379.2012.02.0160引言分布情况的数学分析，着力点在温度和热量上；动力学模型计算压力和气液两相的分布，针对的是系环路热管是一种高效的相变传热装置，通过气[8]统的运行过程。对环路热管来说，动力学模型和液传输管路连成回路，利用毛细芯提供的毛细压力热力学模型相互耦合。一方面，热量的传递需要工驱动回路运行，利

3、用工质的相变来传递热量，能够[1]质的运动和相态变化；另一方面，温度的分布会影多方位、长距离传递大量的热量。响系统的压力分布和工质状态，而压力则为整个环随着环路热管在工程上的广泛应用，不断发展[2]路的正常运行提供动力。因此，两者相互影响、相出许多新型的环路热管技术。Hoang等提出了一[9-10]互作用，并最终达到平衡。根据以上分析并结种应用于飞行器热管理系统的新型被动式热量传[3]合环路热管的实际情况，本文在抽象假设的基础上输系统——高级环路热管；Zuo等提出了混合冷建立了相关的数学模型。却环路技术；NASA新千年计划ST–8项目中提出了假设如下：1）工

4、作液体不可压缩，满足牛顿针对小型飞行器的新型热管系统——中央热控总内摩擦定律，气态工质为理想气体；2）多孔介质线技术，使得多蒸发器的环路热管成为一个发展方[2-4]不可压缩且各向同性；3）忽略流体与蒸气接触面向。的剪切应力以及系统各弯管处的压头损失；4）环环路热管具有广阔的应用前景，在空间飞行器路热管各部件的热物性参数为常数，且不考虑补偿有效载荷热控及燃气透平进气口防冻冰等方面都[11-14][5-7]室与外界环境的热交换。下面从动力学和热力有应用。随着临近空间浮空器技术的发展，环学两方面出发，讨论环路热管的稳态运行问题，并路热管可长距离传输热量的优点在浮空

5、器有效载建立相应的数学模型。荷热控制方面显示出良好的应用前景。图1给出环路热管热力学模型依据的工作原1稳态建模及假设理，其中冷凝器被划分为过热段、冷凝段和过冷段本文对环路热管的建模分为热力学模型和动3部分。图中，Ta为环境温度；Ts为热沉温度；Qhl力学模型两部分。热力学模型主要是针对系统温度为蒸发器向补偿室的漏热；Qap为加在蒸发器上的————————————收稿日期：2011-11-10；修回日期：2011-12-09基金项目：国家自然科学基金资助项目（编号：51176074）作者简介：张宏刚（1972—），男，博士研究生，主要研究方向为飞行器环境控制；

6、E-mail：zhgedu@126.com。通信作者：方贤德（1954—），男，教授，博士生导师，长期从事飞行器环境控制与生命保障（安全救生）、空投回收、空调制冷以及传热学和流体力学方面的应用研究；E-mail：xd_fang@nuaa.edu.cn。198航天器环境工程第29卷热载荷；Qcc-a为补偿室同环境的换热；Qvl-a为蒸气通过对复杂的物理现象进行抽象简化并建立管线同环境的换热；Qll-a为液体管线同环境的换数学模型，可以把复杂的工程实际问题简化，然后热；Qsh为冷凝器过热段同热沉的换热；Qc为冷凝通过数值计算获得对物理对象的认识。无论是经典器冷凝

7、段同热沉的换热；Qsc为冷凝器过冷段同热的传递函数法还是信息时代兴起的仿真计算，都是沉的换热。在已有的理论基础上针对现有的问题进行抽象简化，建立数学模型，进而通过数值模拟考察研究对[15-17]象的相关特性，简捷快速地得到所需的结果。建模一般都是在实验验证或理论分析的基础上进行的，不同的研究人员所建立的模型也不尽相同，简化假设的合理性至关重要。2模型参数图1环路热管热力学模型依据的工作原理在已经建立模型的基础上编写出数值模拟程Fig.1OperationprincipleofthermodynamicmodelsofLHP序，对给定结构和尺寸的环路热管进行相

8、应的数值模型求解总体思路是以满足环路热管能量平模拟。