本文關(guān)鍵詞：180K-200K大冷量低溫回路熱管的研究

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【摘要】：隨著空間探測技術(shù)的快速發(fā)展,空間光學(xué)成像/探測系統(tǒng)對制冷量的需求越來越多,尤其是大規(guī)模焦平面探測技術(shù)和低溫光學(xué)系統(tǒng)的應(yīng)用,對制冷功率的需求達到了幾十瓦甚至上百瓦,因此需要使用大冷量的制冷機進行冷卻。高空間分辨率的光學(xué)系統(tǒng)對空間位置、應(yīng)力變形以及振動極為敏感,制冷機的振動及電磁干擾會對光學(xué)成像系統(tǒng)造成一定的影響,因此需要通過柔性的傳輸方案將制冷機冷頭的冷量傳輸?shù)教綔y器、焦平面或低溫光學(xué)上。低溫回路熱管是一種高效、被動式的兩相換熱設(shè)備,由于蒸發(fā)器和冷凝器是通過柔性的氣體管線和液體管線連接,因而可以滿足各種空間布局要求,實現(xiàn)冷量的長距離傳輸,抑制制冷機振動對光學(xué)和探測系統(tǒng)的影響。為了滿足我國未來大型巡天光學(xué)系統(tǒng)的大冷量需求,本文開展了180K~200K大冷量低溫回路熱管的研究。本文以大規(guī)模巡天項目實際需求為目標,對低溫回路熱管進行了工質(zhì)選擇及部件設(shè)計。在冷凝器設(shè)計過程中,根據(jù)微通道換熱器技術(shù)具有高效、輕量、緊湊的特點,設(shè)計并制作了兩種微通道冷凝器:并行微通道冷凝器和蛇形微通道冷凝器。針對補償器與蒸發(fā)器之間的連接結(jié)構(gòu),設(shè)計了一種新型的液體引管結(jié)構(gòu),并采用鎳粉燒結(jié)多孔材料為毛細芯,乙烷為工質(zhì),設(shè)計并制作了兩套低溫回路熱管裝置CLHP1和CLHP2。通過實驗研究,兩套低溫回路熱管樣機均能實現(xiàn)213K@54W的傳熱量,比較了兩種微通道冷凝器的進出口溫差,并行微通道冷凝器兩端溫差小,溫度分布均勻,蛇形微通道冷凝器進出口溫差大,溫度梯度大,分析原因為結(jié)構(gòu)不同造成流體在冷凝器內(nèi)的流動過程存在差異。針對CLHP1和CLHP2工作溫度偏高的問題,分析了漏熱的影響,指出吸液芯熱導(dǎo)率較大,導(dǎo)致毛細芯的徑向漏熱較大是造成溫差較大的主要原因,并利用數(shù)學(xué)模型進行了仿真,與實驗數(shù)據(jù)進行比較,結(jié)果比較吻合。并利用數(shù)學(xué)仿真模型,對毛細芯熱導(dǎo)率為5W/(m·K)、2W/(m·K)以及1W/(m·K)時的溫差進行了仿真,為今后的改進指明了方向。為研究不同熱導(dǎo)率吸液芯的影響,采用熱導(dǎo)率較低的氮化硅陶作為瓷吸液芯,從加工精度、安裝工藝等方面對比分析了氮化硅陶瓷多孔材料與鎳粉燒結(jié)吸液芯的區(qū)別。采用氮化硅陶瓷毛細芯制作了兩套低溫回路熱管CLHP1A和CLHP2A。對CLHP1A進行了實驗研究,該低溫回路熱管的傳熱能力達到了192K@52W。實驗發(fā)現(xiàn)氮化硅陶瓷熱擴散系數(shù)較高,造成蒸發(fā)器核心內(nèi)的工質(zhì)容易被加熱氣化,造成低溫回路熱管CLHP1A和CLHP2A可能啟動失敗的問題,對未進行有效除氣情況下不凝性氣體對CLHP2A性能的影響進行了分析。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海技術(shù)物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK172.4

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