加速度场中环路热管温度波动现象分析

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1、2016年7月第42卷第7期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsJuly2016V01．42No．7http：／／bhxb．buaa．edu．anjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0465加速度场中环路热管温度波动现象分析薛好1，谢永奇1’4，戴华2，余建祖1，马伟3(1．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100083；2．郑州幼儿师范高等专科学校，郑州4530013．空问物理重点实验室，

2、北京100076)摘要：基于离心机系统，搭建了双储液器环路热管(DCCLHP)工作特性实验台，实验研究了环路热管在地面重力场和过载加速度场中的运行性能，热载荷范围为25～300W，过载加速度大小为39～99，分析了不同热载荷、加速度方向、大小对环路热管温度波动的影响。结果表明，过载加速度会改变环路热管的启动模式和运行性能，可抑制或激发冷凝器出口温度波动甚至整个环路的波动，但相同热载荷下蒸发器运行温度基本一致。回路中气液两相流动自身固有的不稳定性在过载加速度效应下更易受到激发，加剧回路中流动不稳定，进而加剧蒸发器向储液器漏热的不稳定。冷凝器的冷却作用可

3、以有效削弱冷凝器段的温度波动。关键词：环路热管；双储液器；加速度场；运行性能；温度波动中图分类号：V444．3；TBl31文献标识码：A文章编号：1001-5965(2016)07—1502-07环路热管(LoopHeatPipe，LHP)作为一种高效的两相传热装置，具有能自启动、反重力运行和远距离传输热量等诸多优点，已广泛应用于航天器热管理系统和地面电子设备冷却等领域¨‘21。对于LHP的运行原理和运行特性，国内外众多学者旧。1开展了深入而有成效的研究，全面了解了其运行规律，同时还发现LHP运行时可能存在温度波动、工质倒流甚至在某些布置方位下无法正

4、常运行的现象。这些特点使得LHP的应用受到限制，尤其在过载加速度环境中，LHP运行温度会出现波动¨。1⋯，甚至蒸发器毛细芯出现烧干的现象⋯。双储液器环路热管(DualCompensationChamberLoopHeatPipe，DCCLHP)是在常规LHP蒸发器两端布置了2个储液器，以使其在任何姿态下都能对毛细芯有效供液，解决常规LHP运行姿态受限的问题。它在不同姿态和加速度环境下均能运行的能力已为实验所证实¨2‘13J。目前，对于DCCLHP的研究，主要针对地面重力场中工作特性和运行机理展开，对其运行时温度波动现象的分析还较少¨4。1“。本文针对

5、DCCLHP在地面重力场和过载加速度场中运行时观察到的温度波动现象进行分析，以期获得有价值的结论。1实验装置与方案1．1实验装置实验装置示意图如图1所示。冷却水循环子系统由恒温水槽、质量流量计、磁力泵、调节阀、过滤器、换热器和冷板等组成，为LHP的冷凝器提供冷却水；加热与测量控制子系统由恒压恒流直流电源、电加热膜、Agilent数据采集仪、Ptl00温度传感器和计算机等组成，用于对实验件加热、控制及数据采集、记录；采用Y53100．3／ZF型恒加速度离心机模拟加速度环境。收稿日期：2015-07—13；录用日期：2015—10．14；网络出版时间：2

6、015—11—1910：06网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20151119．1006．003．html基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金(YwF一14．HKXY-019){通讯作者：Tel．：010—82318081E-mail：xyq@buaa．edu．cn引用格式：薛好，谢永奇，戴华，等．加速度场中环路熟管温度波动现象分析ⅡJ．北京航空航天大学学报，2016，42f7)：1502．1508．XUEH，XIEYQ，DAIH，eta1．Investlgationoftemperaturefl

7、uctuationinloopheatpipeunderaccelerationfields【3]．JournalofBeltingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2016，42(7)：1502—1508(inChinese)．1504北京航空航天大学学报低，气液界面收缩至冷凝器内，工质回流过冷量增大，使得储液器2的温度(RTD6和RTD7)也降低。约400S时刻，RTD6开始升高，蒸发器向储液器的漏热增大，储液器2内上部气相工质的温度升高，而下部液体工质在回流液体冷却作用下温度略有下降。在500s时刻，

8、RTDl0急剧下降并出现了波动，表明气液界面已后移至RTDl0和RTD9之间，冷凝时气液两相流的不稳定性使得