一种微型槽道热管的性能分析与试验研究

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1、航天返回与遥感第34卷第5期56SPACECRAFTRECOVERY&REMOTESENSING2013年10月一种微型槽道热管的性能分析与试验研究颜吟雪李春林赵振明鲁盼（北京空间机电研究所，北京100094）摘要槽道热管是航天器较为常用的一种热控产品，其中截面特征尺寸小于5mm的微型槽道热管主要用于空间光学遥感器CCD器件的散热，在设计、加工等环节均具有较高的技术难度。文章设计了一种5mm×4mm矩形截面、内部槽道为梯形的微型热管，对热管传热性能进行了理论计算和试验验证，最终确定了较为理想的槽道几何参数。研究结果表明：该种微型热管的极限传热能力为4.77W·m，极限负载下的轴向温度均匀

2、性优于±0.5℃。关键词微型热管梯形槽道极限传热能力试验研究中图分类号:V416.5文献标志码:A文章编号:1009-8518(2013)05-0056-07DOI:10.3969/j.issn.1009-8518.2013.05.008PerformanceAnalysisandExperimentalInvestigationofMiniatureGroovedHeatPipeYANYinxueLIChunlinZHAOZhenmingLUPan(BeijingInstituteofSpaceMechanics&Electricity,Beijing100094,China)Abst

3、ractGroovedheatpipeiswidelyusedinthefieldofspacecraftthermalcontrol.ThedesignandprocessofminiaturegroovedheatpipeforcoolingCCDdevicewithfeaturesizelessthan5mmarehighlydif-ficult.Inthispaper,akindofmicroheatpipeisdesigned,whoserectangularcrosssectionis5mm×4mmandinternalchannelistrapezoidal.Wecalcu

4、lateitsmaximumheattransfercapabilityandconductanexperimentalresearchtomakecomparisonwiththeanalyticalresult.Accordingtotheanalyticalandexperimentalresults,wedetermineditsidealchannelgeometry.Theresultsindicatethatthemaximumheattransfercapabilityofthemicroheatpipesis4.77W·m,andtheaxialtemperatureu

5、niformityis±0.5℃.Keywordsgroovedheatpipe;trapezoidalchannel;maximumheattransfercapability;experimentalin-vestigation1引言CCD器件是传输型空间光学遥感器的核心部件，是空间光学相机能否获取高质量图片的关键，其热[1]控效果对成像质量有着显著影响。CCD器件发热量较大，一般通过管脚与后部电路板连接，背后可供设计散热措施的空间有限，故CCD器件的热控属于狭小空间高热流密度散热问题。截面特征尺寸小于5mm的微型热管具备结构尺寸小、可靠性高、传热能力强、质量轻等优点，是解决CCD器

6、件散热的主[2][3][4]要途径。国内外学者针对此类微型热管开展了大量的研究工作，Longtin和ValerieSartre等对三角形收稿日期：2013-04-19第5期颜吟雪等:一种微型槽道热管的性能分析与试验研究57[5][6]截面的微型热管进行了理论及仿真分析研究；CaoY和张丽春等对矩形槽道热管的传热性能进行了试[7]验研究；Thomas建立了二维模型考察梯形截面槽道内液体和其蒸气反向流动时的界面特性。这些研究多侧重于理论方面，对于热管产品的应用性研究较少，并未解决CCD器件小空间高热流密度散热的问题。根据当前遥感器发展趋势，一方面电子学集成度越来越高，CCD器件热耗不断增大；

7、另一方面，焦面电路规模也越来越大，CCD器件拼接数量不断增多。这些都显著增加了CCD器件的热控技术难度，使之成为空间光学遥感器热控领域的关键问题之一。本文设计了一种内槽道为梯形的微型热管，通过建立热管传热特性的理论模型，分析了热管结构参数对传热特性的影响，确定了热管的结构尺寸；根据理论分析结果研制了热管产品实物，完成了热管传热性能的试验验证；结合某空间光学遥感器的分系统级热平衡试验，成功完成了该种热管的应用性验证。2设计计算及试验验