“Ω”形軸向槽道熱管傳熱特性研究及其設計優(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備。目前最具發(fā)展前景的當推微槽道毛細熱管。“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、件散熱等領域有著廣闊的應用前景。 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構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，吸液芯結構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，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液體流動的阻礙，提高了熱管的傳熱性能；在一定的熱管結構尺寸和機械加工能力范圍內，選擇小毛細芯窄縫寬度和大毛細芯直徑的吸液芯結構在有效地提高“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)化設計計算的小生境遺傳算法程序并進行了優(yōu)化設計。優(yōu)化計算表明，在“Ω”形軸向槽道熱管設計中，存在一個決策過程，應根據(jù)具體的應用環(huán)境條件