深冷环路热管传热性能研究

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1、第19卷第3期航天器工程V01．19No．31111堑!笪量呈垒篁兰篁坚垒至三曼些鱼!型兰篁坚!些鱼!!深冷环路热管传热性能研究周顺涛莫。青张红星(北京空间飞行器总体设计部，北京苗建印100094)摘要通过实验，从超临界启动特性、传热能力、周期性栽荷适应能力等方面，对自行设计的一套小型深冷环路热管进行了研究，并对实验现象进行了描述与分析。结果表明该深冷环路热管能够顺利完成超临界启动过程，且副蒸发器功率越大，主蒸发器降温越迅速；完成启动后主蒸发器具有独立运行能力，主蒸发器独立运行时具有12W×0．5m的传热能力；该深冷环路热管

2、对周期性载荷具有很好的适应能力。关键词环路热管；深冷；超，】盘界启动；传热性能；实验中图分类号：V416文献标志码：A文章编号：1673—8748(2010)03—0091—05ExperimentalStudyonHeatTransferPerformanceofCryogenicLoopHeatPipeZHOUShuntaoMoQingZHANGHongxingMIAOJianyin(BeijingInstituteofSpacecraftSystemEngineering，Beijing100094，China)Abs

3、tract：Aspecialcryogenicloopheatpipe(CLHP)isdesigned，withwhichthesupercriticalstart—upbehavior，heattransferability，andcyclicloadingadaptabilityarestudiedwithexperi—ments．Thepresentpaperdescribesandanalysestheexperimentalphenomena．Theresultsofin—vestigationshowthatth

4、isCLHPcancompletethesupercriticalstart—upprocessreliably，whichisquickerwithahigherpoweronthesecondaryevaporator．Inaddition，theprimaryevaporatorcanoperatestablyandhaveaheattransfercapabilityofupto12W×0．5mwithnopowerinthesee—ondaryevaporator．Moreover，thisdevicehasago

5、odadaptabilitytocyclicloading．Keywords：loopheatpipe；cryogenic；supercriticalstart—up；heattransferperformance；experi—ment引言环路热管(LoopHeatPipe，LHP)是一种高效的两相回路传热设备，它利用工质的相变来传递热量，并依靠毛细芯提供的毛细力完成工质的不断循环[1]。与传统热管相比，环路热管因具有传热温差小、反重力能力强、不含运动部件、不产生振动、易实现柔性热连接、能实现热量的远距离传输等特点，已成为

6、航天器热控制领域重点研究方向。随着对地观测、深空探测技术的不断发展，有效载荷常常需要工作在深低温区，以获得更好的性能，例如空间红外相机的敏感元件，要求其工作温度维持在80K～100K，甚至更低的温度范围。然而，以氨、丙酮等作为工质的普通环路热管，其工作温度一般在一60℃以上，不适用于深低温区。针对这样的航天器热控需求，一种在常温环路热管基础上发展而来的，适用于深低温区的深冷环路热管(Cryogen-收稿日期：2009—12—31；修回日期：2010—03—16作者简介：周顺涛(1986一)，男，硕士研究生，空闻飞行器设计专亚

7、。研究方向为航天器热控制。92航天器工程19卷icLoopHeatPipe，CLHP)越来越受到重视，并逐渐成为深低温区热量收集与传输的有效手段之一[2]。近年以来，美国、俄罗斯等对深冷环路热管开展了广泛的研究工作。在文献E33中提出了一种以氧为工质的深冷环路热管，实验表明：该套CLHP能够稳定启动，完成启动后主蒸发器可在0．5W～9W范围内独立运行；当蒸发器和冷凝器反重力高度为50ram时，可实现9W的传热量；当环境温度分别为170K和290K时，主蒸发器温度分别约为75K和100K。文献[4—5]中，Bugby等人研制了

8、一种适用于短距离传输的小型深冷环路热管，该CLHP以氖为工质，工作温度在35K附近，传输距离为15cm，整个环路热管质量小于1009。测试表明该小型氖深冷环路热管的热负荷一般为0．3W～2．5W，CLHP开时的热导大于1W／K，关时的热阻大于l000K／W。Hoang和ConnelE6]设