机械泵驱动两相冷却系统特性分析和实验研究

以热管和环路式热管为主要形式的两相流冷却技术凭借其良好的冷却能力和较低能耗的特点在空间冷却中已经有了多年的实验研究和太空飞行记录。随着热源发热量增加、热流密度的增大以及散热回路日趋复杂,用机械泵为驱动力的两相冷却系统逐渐引起各国热控科研人员的重视。通过对机械泵驱动的两相流冷却技术同毛细力驱动的环路式热管及机械泵驱动单相冷却技术的工作原理和主要的性能进行分析比较,可以看出该系统切实可行,并且在启动,散热能力和结构设计上有明显优势。以CO2为循环工质对该新型系统的散热特性进行试验研究,结果证明机械泵驱动的环路式热管系统具有低能耗、高控温精度和结构紧凑的特点。

半导体制冷在机械泵热管控温中的应用

机械泵驱动环路式热管冷却系统是近年来空间散热的研究热点,其工作点的温度控制,特别是对降温速率的控制一直是一项技术难题。新型的设计结构将系统回路同半导体制冷片有机结合,既可以保证热端热量即时释放,又能对储液器有效冷却。通过验证,该方法切实可行且效率较高。

并行蒸发器两相冷却系统支路散热不平衡性的实验研究

对并行蒸发器机械泵驱动两相流冷却系统各个支路散热量不平衡条件下散热特性进行实验研究,结果表明并行蒸发段各支路的流量分配同管路的阻力有关,当上下两侧蒸发器的热量不平衡时,质量流量的分配始终是一个动态的变化过程,其中,热负荷较大的一侧,阻力不断增加,流量逐渐减小,而热负荷较小的一侧流量在不断变大,并且热量差越大,流量差变化越快;当减小并行支路的热量差有利于蒸发段的散热平衡,热量差越小,系统散热稳定性越强。同毛细泵驱动的两相冷却系统相比,机械泵驱动的两相流冷却系统的散热性好,等温性高,热不平衡处理能力强,并行支路热负荷之差可以达到100多倍,并且能够保持较长的稳定运行。

机械泵驱动两相冷却系统工作点温度控制

对系统的控温原理和主要方法进行理论阐述,从而确定采用对储液器温度的主动式控温方法实现对蒸发段工作温度的控制思路。提出"回路直接冷却"和"半导体制冷片——系统回路协同工作"这2种储液器温度控制方法,并且对其控温精度和降温速度等技术进行实验研究。结果表明,改进前,采用"冷回路"向储液器漏热并结合加热器实现温度控制的设计方案控温精度仅为±0.4℃,且在需要快速降低蒸发段工作温度时较难实现;改进后,采用半导体制冷片同系统管路协同运行的方法不仅可控性大大增加,而且降温速度从原来的0.12℃/min提高到0.36℃/min。在模拟外太空边界温度波动幅度的条件下,改进前、后温度控制方法蒸发段的控制精度分别为±0.4℃和±0.1℃,从而克服了该类系统在工作温度控制中降温速度慢、控温精度低的缺点,并可推广到热管、毛细泵驱动回路等类似的航空航天两相冷却系统中。