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1、一种空间散热的新形式液滴式辐射散热器LiquidDropletRadiator一LDR汇报人：王圣集原理简介液滴辐射器主要由主要由液滴发生器、液滴收集器、循环泵、换热器及流体管道组组成。液滴辐射器简图优点简述单位质量辐射器的热辐射量较高在空间轨道上,它更容易展开只占用很少空间,便于航天器设计及送入轨道微流星体、激光束或粒子束等用动力撞击造成损害的威胁很小系统和介质在适当温度范围内运行很长周期热管辐射器的单位质量热辐射量为45.9W/kg,优化过的热管辐射器约为65.6W/kg,而LDR的单位质量热辐射量达250W/kg,系统优化后甚
2、至可达450W/kg有效辐射面是数以亿计的亚毫米级液滴的表面,这些液滴具有很高的表面积与体积之比,汇聚后工作流体体积很小,LDR在空间系统上可以安装得很紧凑只有液滴发生器、收集器和连接输送管需要用装甲保护不同结构的液滴辐射器螺旋形封闭式蝶形环形矩形三角形螺旋形LDR蝶形LDR环形LDR液滴发生器液滴发生器是LDR系统中的关键部件之一比较合适的液滴流的数量在105到107之间,对于MW级的LDR,每条液滴流中应含有约105个液滴,液滴速度的合理范围是3到30m/s之间,其直径在50到500μm之间。形成具有均匀速度和直径的液滴要求液体
3、流瞄准精度较高液滴速度的均匀性高较合适的方案:外加周期性扰动崩解毛细射流液滴收集器为了避免工质损失,收集器要能捕获所有入射液滴而没有液滴飞溅脱离收集器在捕获液滴后,还应该能产生足够的压差来将流体压至循环泵中针对不同结构LDR设计的收集器方案不同,由于矩形LDR和三角形LDR研究较多,相对应的线性收集器和离心式收集器的研究也较深入。线性收集器线性收集器实验：利用铝板模拟收集器的一侧,单条液滴流以35°入射角撞击铝板,液滴速度为16m/s,液滴均匀时，可流向齿轮泵,当液滴不均匀时,有明显飞溅现象。离心收集器三角形LDR系统中使用离心收集
4、器入射液滴流撞击在收集器底面和圆锥面上形成液膜,少数液滴溅射离开表面,由前端的挡板拦住,利用旋转产生的离心力将表面上的液膜沿锥形面甩向收集器前部,然后通过皮托管收集。离心式收集器示意图液滴收集器损失来源液滴损失的主要来源不是从收集器表面上弹出的液滴,而是由于当液滴流撞击表面时,会形成波浪形液膜,在浪尖上有次级液滴脱落造成损失。有时候,表面上还会形成背离齿轮泵的反向流,使用辅助流可以消除这种现象,而且辅助流可以增加齿轮泵入口处压力。辅助部件除了液滴发生器和收集器,LDR还包括支撑结构,工作流体流通管道,换热器,泵等辅助设备。为防止微流
5、星体撞穿流通管道造成工质损失,管道必须用装甲保护,因此管道质量较大。支撑结构改进液滴层性质液滴层的辐射特性液滴层的蒸发特性将液滴层作为具有发射、吸收和散射辐射性质的半透明介质处理,利用能量守恒和辐射传递方程,对液滴层的辐射特性做了较为系统的研究,建立了多种形状液滴层的辐射散热过程的数学模型液滴层的蒸发特性与温度有密切关系,因此要研究其蒸发特性,必须要同时研究其辐射特性以确定温度可能的备选工质按排热温度分类PointsofinterestTextgoeshere备选工质在排热温度临近室温(300K)时,如太阳能电池的冷却,或载人航天器
6、的室温控制,工质可选为DC705硅油;排热温度在400K附近时,可选用PMPS和PDMS硅油;在500~1000K高温下,如用于核能或太阳能空间发电系统的散热,镓(Ga)和铝(Al)较合适,其熔点最低且蒸气压也较低;如液滴层温度在450一55OK,可以选用锂(Li),密度较低而热容较大;锡(Sn)也是一比较合适的工质,其熔点为505K,在900K以下其蒸气压均小于10-9mmHg,因此适用的温度范围较广。备选工质另一类备选工质是共熔液态合金,如：钠一钾(Na一K)应用范围为200-335K,锂一银(Li一Ag)可用于425-540K
7、，锂一锗(Li一Ge)适用于700-975K。由于共熔合金的不同成分蒸发速率不同,将导致合金组分及物性改变,因此系统需要及时添加合金成分,使其比例保持一定,这给系统设计增加了复杂性。Thanks
