双孔径毛细芯的研制及其在环路热管中的应用研究

论文摘要

环路热管（Loop Heat Pipe,LHP）是一种利用毛细力驱动的热控制和热传输设备。它是近20年内发展起来的新技术,由于其具有传热量大、传输距离长、管路可弯曲、反重力能力强、无需运动部件、可靠性高等特点,广泛应用于航天器热控制和电子器件散热。环路热管由蒸发器,冷凝器,气体管路和液体管路组成,其中,蒸发器是整个环路热管的核心,它直接与热源相连接,利用其中的工质相变带走热源的热量,其设计结构直接决定了环路热管的运行情况。而位于蒸发器中的毛细芯,则是蒸发器中的核心部件,它为整个环路热管提供了毛细芯驱动力,其制作是整个环路热管中技术含量最高,过程最复杂的。本文在环路热管的上述两个方面进行研究:双孔径烧结型毛细芯的研制和具有二次毛细芯的环路热管系统实验。在烧结型毛细芯上,针对高热流密度情况下,单孔径毛细芯容易出现干烧,本文研究制作出双孔径毛细芯,通过对气相和液相的分离达到更好的性能。搭建了毛细芯制备台架,测量了毛细芯的孔隙率,并用经验公式计算了毛细芯的渗透率,使用扫描电子显微镜来观察毛细芯的孔径与孔径分布。结果表明,造孔剂含量为30%,5Mpa下加压成型,700℃烧结出的毛细芯,孔隙率为77.40%,渗透率为3.15×10-13m2,并具有足够的机械强度满足机械加工要求。在环路热管实验上,设计了具有二次毛细芯的平板式蒸发器,辅助主毛细芯抽吸液体,使用上面制作的双孔径毛细芯作为主毛细芯,以不锈钢丝网作为次毛细芯,使用甲醇作为工质,主要研究了环路热管的启动特性、变工况性能、温度波动情况和系统热阻。结果表明,具有二次毛细芯的环路热管具有良好的启动特性,热负荷从20W到100W均可以正常启动;在变工况工作条件,热负荷从20W到160W范围内变化,系统均可以稳定工作。环路热管在30W到90W的热负荷范围内,系统运行出现温度波动,在此区间外,系统温度无波动现象出现。系统在160W（热流密度16.6W/cm2）工作时,壁面温度为84.0℃,说明,将研制的双孔径毛细芯应用于环路热管,如果结构设计合理,完全可以满足高热流散热场合的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 环路热管工作原理
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究内容及方法
• 2 毛细芯的制作及其性能参数的测量
• 2.1 引言
• 2.2 毛细芯的制作
• 2.3 毛细芯性能参数的测量
• 2.4 机械加工对毛细芯孔结构的影响
• 2.5 烧结参数对于毛细芯性能参数的影响
• 2.6 本章小结
• 3 环路热管系统设计与制作
• 3.1 引言
• 3.2 环路热管的设计
• 3.3 环路热管的制作
• 3.4 模拟热源系统
• 3.5 冷源系统
• 3.6 数据采集
• 3.7 本章小节
• 4 环路热管系统的性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 实验步骤
• 4.3 环路热管系统启动实验数据分析
• 4.4 本章小节
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 作者在攻读硕士期间发表的论文