空间热管反应堆电源研究进展及展望

深空探测技术的发展对动力系统提出了更高的要求。传统的太阳能电源与化学电源的适用范围较小,环境适应能力不强,而微型核反应堆电源能量密度高,不依赖太阳光照,可应用于轨道运输、高轨探测多场景任务。在微型核反应堆电源技术路线中,热管冷却核反应堆电源因其系统设备极大简化、模块化设计,高可靠的全固态堆芯、非能动传热及瞬态响应迅速等特性,成为空间核反应堆电源最具可行性的路线之一。通过文献调研总结目前空间热管堆发展现状,从发展历史出发,梳理热管冷却核反应堆电源设计和理论研究,总结热管冷却核反应堆电源发展方向和关键技术。

基于聚光光伏电池系统热管式换热器的数值研究

针对在高倍聚光下光伏电池效率受表面温度的影响,文章对聚光光伏电池系统中耦合翅片热管散热器进行了数值模拟研究。在水冷、风冷情况下,研究了热管散热器的翅片数量、分布、流体流量对电池效率、温度表面均匀性的影响,并将研究结果与普通散热器进行比较。结果表明:水冷型热管散热器的电池表面温差较低,均匀性和电池效率较高;在流量为0.64 m/s,翅片间距为1.5 mm,翅片厚度为0.4 mm的工况下,电池的综合性能最优,表面温度为314 K,温差小于1 K,均匀性良好,电效率为31.25%,热效率为66.03%。

基于ANSYS的风冷半导体激光模块的热模拟分析

风冷散热是大功率激光广泛应用的一个至关重要的技术问题。随着激光手持焊、激光清洗等应用范围越来越广,激光风冷散热也变得更加困难起来。在文章中,将热管安装在冷却热沉板上,并在散热片上重新安装热管,以便利用热管的传热原理。利用风冷散热器模拟热负载,并使用ANSYS有限元分析软件进行仿真模拟,以研究热沉板中嵌入热管后激光模块器件的温度场分布情况。经过频率红移法的实验验证可发现,这种方法在风冷散热系统中能够获得良好的散热效果。通过模拟发现,热管与高功率半导体激光器风冷技术相结合可以克服水冷技术在复杂环境中的局限性,为高功率半导体激光器的散热问题带来新的解决方案。

基于平板热管的动力电池散热性能研究

研究了平板热管应用到电池热管理系统的可行性,将平板热管与冷夜结合构建了动力电池热管冷却系统,利用CATIA建立了冷却系统三维模型,利用Fluent对电池组进行热仿真。在不同环境温度、放电倍率、冷却液流速条件下,分析了电池组的温度变化以及电池温度分布情况。结果表明:使用平板热管的电池组在2.5C放电倍率下,电池最高温度在40℃以下、最大温差5℃以下;在1C放电倍率下,与不含平板热管的模块相比,电池热管冷却系统最高温度和最大温差分别降低了8.19℃和7.46℃。

用于大功率LED冷却的热管散热器的实验研究

提出了一种将大功率发光二极管（LED）散热和热管传热相结合的用于大功率LED冷却的热管散热器新概念，并对设计出的热管散热器的传热性能和整体的均温性进行了试验研究。试验结果表明，热管散热器的热阻在0．21～2．6K／W，且整个散热器具有均匀的温度分布。与当前的LED散热器相比，这种结构的热管散热器具有散热效率高、结构紧凑、热阻小、重量轻、成本低等特点，可以满足未来大功率LED散热的要求。

动力电池热管冷却效果实验

基于对动力电池在大负荷运行模式下的产热行为分析,组装了一种采用热管式冷却的电池热管理系统。在空气自然对流、强制对流和热管冷却3种模式下,研究了电池模块中各电池在放电过程的温度变化趋势。结果表明,镍氢MH-Ni动力电池采用热管式冷却方式具有良好的冷却效果,可确保电池在最佳的工作温度范围内运行,并且具有拉平电池温度的能力。与自然冷却及强制对流冷却相比,在3728mA电流放电情况下,热管冷却方式使电池温升最多可以降低10℃左右;持续放电8min后电池温度也不超过43℃。

高温热管太阳能接收器的开发及传热特性分析

分析了碟式太阳能热发电系统接收器的工作特点及所应满足的条件,针对目前高温热管接收器的现状,提出了组合式热管接收器的开发理念,并从接收器总体结构、热管单元结构以及接收器工作原理等方面做了详细阐述。为探讨所开发接收器的传热特性,对热管接收器的传热过程进行了分析计算,结果表明组合式高温热管接收器具有优良的热传递性能,可以适应碟式太阳能热发电系统的运行需求。

干道式高温热管的传热性能试验研究

干道式高温热管传热性能试验主要是为了获得干道式热管在不同温度范围的传热极限及重力场对传热极限的影响。在真空条件下启动热管，调节水套气隙氩气和氦气比例来测量声速极限，建立可调角度台架得到不同倾角下热管的极限传热性能。试验得到400～650℃工作温度下热管的极限传热功率曲线及不同倾角下热管的极限传热功率。此类热管510℃以下传热极限为声速限；±10°;范围内重力对传热极限无影响；极限传热功率为2.8 kW。

冷却照明用大功率LED的回路热管的测试

LED(Light Emitting Diode,发光二极管)具有节能、寿命长等优点,将成为一种新型固体照明器件,但由于功率大,导致LED芯片结点温度升高,而直接影响着LED的出光效率、峰值波长、器件寿命等,因此解决LED的散热成了近年来大功率LED发展照明用的首要问题。探讨了一种用于冷却照明用大功率LED的平板式回路热管散热器。研究表明,在输入功率从5W增加到20W时,热管启动时间从30分钟降低到10分钟左右;在输入功率20W时,模拟LED芯片结点温度稳定地控制在60℃左右,在输入功率30W时,热管热阻0.48K/W,相对于以往LED金属散热体,热阻下降。

基于大平板热管的电池热管理实验及仿真

热特性是影响锂离子电池性能的主要因素之一,当电池以较高倍率进行充放电时,热量聚集使温度迅速上升,影响电池性能,甚至会产生燃烧或爆炸。本工作搭建了一种基于大平板热管的高效高均温性电池散热模型。电池组置于大平板热管上,底部辅以风冷散热,在不同工况下对电池表面平均温度及最大温差进行数值计算,并通过实验验证了热管理模型准确性。结果表明,当环境温度为20℃、冷却风速为5 m/s、以1 C放电至截止电压时,电池组平均温度为38℃,最大温差为1.9℃;在大平板热管散热端适量布置翅片可增大换热面积,提高换热效率。

太阳能接收器用高温热管的关键参数

结合太阳能接收器的工作条件,对用于组合式接收器的高温热管进行分析,探讨其应具有的关键参数.主要包括热管工质、管壳材料的选择以及吸液芯结构的确定等.通过分析工质的工作温度区、对热管传热极限的影响以及传输因数等因素,选取碱金属Na作为高温热管工质;通过比较各材料的力学性能、耐腐蚀性能以及抗氧化性能等参数,选取Haynes 230合金作为高温热管管壳材料;以孔隙率、渗透率和有效毛细半径为对象,基于吸液芯内的压力分析,选取WB 8/300型金属毡作为吸液芯结构的原材料.

照明用大功率LED回路热管散热器的研究

分析了照明用大功率LED封装的散热特性,提出了一种用于大功率LED系统散热的回路热管;研究了热负荷、倾角、加热方式等对热管的起动性、均温性、热阻等的影响。试验结果表明,所设计的热管散热器的热阻在0.19K/W^3.1K/W之间,蒸发器的均温性被控制在1.5℃以内,满足大功率LED封装的均温性要求,在热负荷为100W时,蒸发器的温度被控制在100℃以下,满足大功率LED结点温度的控制要求。

大功率LED排式热管散热器的开发及性能研究

开发了一种应用于大功率LED散热的排式热管散热器。在大空间自然对流冷却环境中,分别在0°、30°、60°、90°放置条件下对其启动性能、均温特性、散热性能进行了试验研究。试验结果表明:散热器启动性能良好,启动时间约为67min;在输入功率为30～70W的范围内,热源表面中心点温度不超过75℃;各倾角下散热器均具有较低的总热阻及扩散热阻,0°放置时总热阻最小。基于试验所得结果,通过计算LED结温论证了排式热管散热器在各倾角条件下均可满足热输出70W以下大功率LED散热的需求。

太阳能中温接收器的开发与研究

基于热管优良特性,将热管技术应用到中温（250-400℃）直接产蒸汽（DSG）太阳能接收器中,开发了中温热管接收器.采用电加热模拟中温热管接收器工作条件,通过试验研究了中温热管的传热性能,周向平均温差,根据试验结果分析了中温热管接收器工作过程中的可靠性和热效率,结果表明中温热管接收器内热管蒸发段周向平均温差低于13℃,热效率高于80%.

基于平板热管的大功率LED散热系统模拟及优化

为解决大功率LED的散热问题,设计了平板热管散热器来实现LED芯片的高效散热。通过Flotherm模拟软件,对大功率LED在自然对流条件下的散热情况进行了三维数值模拟。通过平板热管与常规铜、铝散热基板对比,发现平板热管有效降低了大功率功率LED的结温和热阻,使得LED温度分布更为均匀。此外,还研究了平板热管LED散热系统在不同芯片功率下的热性能,并对四种不同排布方式的LED平板热管散热系统进行了优化,发现阵列分布其温度分布最为均匀,结温最低,是较优的排布方式。

热开关控制光伏/温差联合发电装置设计提高发电效率

为解决光伏电池板接收太阳辐射发电时板面温度上升导致光电转换效率下降的问题,该文通过温差发电技术对光伏电池板进行主动冷却;同时为解决温差发电技术因温差较小时热电转换效率低下的问题,引入热开关对装置进行控制,并采用扁平热管作为传热单元,利用水对流为系统进行冷却。为测试基于热开关的光伏/温差联合发电装置的性能,分析了不同光辐射强度、不同板面温度、以及不同冷端温度对系统的影响,并搭建试验平台,对联合发电装置进行试验研究。结果表明,装置联合发电效率高于单独一种发电方式的效率,实现了能量的梯级利用。在对装置进行瞬时性能测试期间,发电效率最高达到19.45%,发电功率最大达到32.15 W。在6 d全天性能测试期间,联合发电装置的平均发电效率为17.72%,最高可达18.37%。所获电能基本可以满足农业温室大棚检测系统、远程传感器的供电要求。

高温热管翅传热极限分析

对高温热管翅的传热极限进行分析,结果表明高温热管翅主要受到冷冻起动极限、声速传热极限和携带传热极限的制约,不受连续流动极限、粘性传热极限、毛细传热极限、沸腾传热极限的限制。

汽车尾气余热发电气道温度检测系统设计

针对汽车尾气余热发电气道实验系统设计了由单片机、二阶巴特沃斯有源滤波电路、温度采集电路和CAN通信电路组成的多点温度检测系统,结合抗干扰的软件滤波算法,克服了传统温度检测范围局限性大、精度低、不稳定和无数字通信的缺点。对汽车运行时尾气管道的温度进行检测,表明该温度检测系统不仅精度高,而且稳定。

基于热管散热技术的某相控阵雷达功放模块热仿真分析

为克服液体冷却在某相控阵雷达功放模块热管理中设备复杂、能耗大、稳定性差和管理难度大等缺点,分析提出了热管冷却的功放模块。根据热管性质和工作条件,对热管热作用过程进行合理的假设,建立了热管热平衡状态下的传热模型。应用有限元法对功放模块的热管冷却和液体冷却进行仿真分析,对相同条件下二者相应温度场和热流密度分布进行了比较分析。仿真分析结果表明,在相同条件下,热管冷却比液体冷却具有更好的热传导性和表面均温性,验证了热管冷却技术在功放模块应用中的可行性。

超薄平板热管传热性能的实验研究

随着电子器件的集成度逐渐提高,超薄平板热管作为一种适用于受限空间的高效散热器受到关注。本文对厚度为0.27mm的超薄平板热管进行传热性能的测试,以传热温差、传热量、热阻、等效传热系数作为指标,系统性地研究了加热功率、冷却方式及重力影响下的传热特性。研究发现,重力对超薄平板热管传热性能有轻微影响,竖直状态下的最大散热量较水平状态提高5%~10%,水平较竖直-逆重力状态提高2%~10%。冷却方式对其传热性能影响较大。在较低功率时,相比于自然冷却,强制冷却能使电子元器件在较低温度工作,但造成热管冷热端温差及热阻都比自然冷却条件下大,在超过一定功率(1.2W左右)后,温差及热阻急剧增大,等效传热系数减小,传热效果不佳。