槽道热管在加快低温回路热管主蒸发器降温过程中作用的实验研究

    1 引 言

    回路热管(LHP)是前苏联热物理研究所(Institu-te ofThermalPhysics)的Maidanik发明的。其独特的结构、优越的性能受到传热界人士和空间飞行器研制者的瞩目,并成为航天器热控制系 统中一种先进的具有广阔发展前景的技术[1]。目前, LHP已是多个航天器的主要热控手段,如美国NASA的GLAS卫星、欧洲ESA的ATLID卫星等[2]。由于LHP是近20年内发展起来的新技术,在 理论和实验方面需要进一步深入研究,在应用研究方面也需要进行大量的工作。LHP在空间工程和地面电子设备冷却领域有着广泛的应用前景,其应用研究的发展 主要包括以下几个方向低温化、小型化和多蒸发器方向发展。本实验研制的是工作在液氮温区的低温回路热管(CLHP) ,可有效地解决光学敏感器件与制冷机的分离技术以及二者之间的集成关系,从而有效抑制来自制冷机的机械振动和电磁干扰。

    LHP是一种高效的两相传热设备,靠蒸发器内多孔结构提供的毛细力作为工质沿回路流动的驱动力,并利用工质的蒸发和凝结传递热量;另一方面,由于多孔结构 只需放置在蒸发器中,从而可以采用孔距极小的多孔结构提供极大的毛细压力,同时减少了工质在传输管线中流动的压降,使这一设备能长距离、小温差地传递大量 热量。CLHP与常温回路热管相比有以下几点区别:

    1)需考虑常温下的承压能力。由于CLHP工作在深低温区,如总体积不变,相同质量的深低温工质在常温下压力将达几十兆帕。为确保安全,需要使用容积较大的气库降低常温下的压力。

    2)需要使用次蒸发器促使主蒸发器降温。由于主蒸发器与冷凝器间有一定的距离,连接二者的又是热导率很小的不锈钢薄壁管,因而只依靠导热使主蒸发器降温将需要较长时间。使用次蒸发器就是为了加快主蒸发器的降温过程。

    3)由于低温工质的表面张力比常温工质小,而其流动阻力比后者大,所以CLHP的启动更为困难,传热能力相对后者来说也要小得多。

    由于上述原因,在CLHP的研究中首先要解决的就是采用次蒸发器来加快主蒸发器的降温。为此,设计1种结构简单的次蒸发器,研究其在加快主蒸发器降温过程中的作用。

    2 低温回路热管的结构和工作原理

    2. 1 低温回路热管的结构

    CLHP利用工质蒸发和凝结的相变过程来传递热量,因而是一种高效的传热设备。由主蒸发器、冷凝器、次蒸发器、气液传输管线及气库构成。主蒸发器与热源接 触,冷凝器与冷源接触。由于提供毛细驱动力的多孔结构只放置在主蒸发器中,所以传输管线可使用内壁光滑的金属软管,从而在隔离冷、热源间振动影响的同时, 也使冷、热源的布置更为灵活方便。