一种应用在航天领域的热管异型槽道结构优化方法技术

本发明专利技术公开一种应用在航天领域的热管异型槽道结构优化方法，通过建立热管传热能力计算的数学模型，求得最大传热能力Qmax，并结合热管的结构尺寸和机械加工能力，选择小毛细芯窄缝宽度W和大毛细芯直径d的吸液芯结构；然后通过热管传热能力测试平台进行数值验证，确定上述求得的异型槽道宽径比W/d的最佳取值范围。本发明专利技术所提供的热管异型槽道结构优化方法，能够有效解决航天器上大功率有效载荷的散热问题，在有限的热源面积条件下，通过合理的设计热管槽道形状尺寸，有效的提高热管的传热能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热管槽道结构优化方法，更具体的说，涉及一种应用在航天领域的热管异型槽道结构的优化方法。
技术介绍
热管由于其优良的传热性能，结构紧凑，运行稳定，已成为能源领域中热量传递和回收的主要部件。同时，由于热管传热能力大、热阻小、优良的均温特性和可以实现小型化、微型化的特点，使得热管在航空航天和电子元器件的冷却、均温、散热方面获得了广泛的使用。轴向槽道热管是目前各种类型热管中加工相对简易、传热特性较好的热管。目前，航天器上元器件的功率越来越大、物理尺寸却越来越小，热流密度随之增加。在有限的热源面积 条件下，如何合理的设计热管槽道形状尺寸，提高热管的传热能力，已成为热管结构设计者需要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术中存在的技术问题，提供，能够有效解决航天器上大功率有效载荷的散热问题，在有限的热源面积条件下，通过合理的设计热管槽道形状尺寸，提高热管的传热能力，使得航天器内部的工作温度不出现大幅度的波动，控制工作温度在规定的范围内，保证航天器内各仪器设备的正常工作。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案以下I. ，可以在有限的热源面积条件下，有效的提高热管的传热能力，其特征在于，包括步骤如下首先，建立热管传热能力计算的数学模型I)给定一个初始的热负荷值Q ；2)计算出热管轴向冷凝端末端的弯月面毛细半径r。。；3)如果计算出的毛细半径rcc小于毛细芯半径d/2，则重新假定一个较大的热负荷Q ;否则，假定一个较小的热负荷；4)重复步骤2)和步骤3)，直到计算出的毛细半径r。。与蒸汽腔半径之差达到一个收敛的标准，此时的Q即为最大传热能力Q_。其次，由上述计算可知，最大传热能力Qmax随毛细芯窄缝宽度W的减小或毛细芯直径d的增加而增大，因此，在上述求得的最大传热能力Q_，结合热管的结构尺寸和机械加工能力，选择小毛细芯窄缝宽度W和大毛细芯直径d的吸液芯结构；最后，通过热管传热能力测试平台进行数值验证，确定上述求得的异型槽道宽径比w/d的最佳取值范围。当槽道形状为Q型时，其最佳宽径比W/d范围是0. 115、. 269。本专利技术技术方案所带来的有益效果如下本专利技术在数值计算和试验验证的基础上，给出了异型槽道最佳的宽径比W/d。使用本专利技术所示的异型槽道结构，可以在有限的热源面积条件下，有效的提高热管的传热能力。附图说明图I是液态介质弯月面在热管管芯内的分布示意图；图2是Q型槽道热管横截面示意图；图3是图2所示Q型槽道横截面示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本专利技术。这些实施例应理解为仅用于说、明本专利技术而不用于限制本专利技术的保护范围。在阅读了本专利技术记载的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本专利技术权利要求所限定的范围。本专利技术所提供的热管异型槽道结构优化方法，是通过数值计算和试验验证，在传统典型热管槽道形状的基础上，找出合理的热管槽道参数，设计出最佳的热管槽道形状。热管I是靠毛细作用使液相工质由冷凝段10回流到蒸发段11，从而保证热管的正常运作，毛细力的大小直接影响热管的传热能力。热管芯中的毛细压差是由吸液芯中液体的弯月面曲率半径不同而产生的，在蒸发段蒸发使弯月面曲率半径Re减小，在冷凝段由于液体的凝结，使弯月面曲率半径R。不断增大，如图I所示。由弯曲液面两边的压差公式可得蒸发段毛细压差A P6和冷凝端毛细压差A P。，分别如下. 2 Cr 2 ￠7 COS^.Ape =—=-L(I)K >~. 2 ￠7 2cr COS^,,*V = —=---(2)热管两端毛细压头r n AA*~ (COS 6>e COS6>c^|Ap w =Ape-Apc- = 2a ------⑴ I re rc )其中，■。分别为蒸发段和冷凝段的有效毛细半径，O为表面张力系数，e为接触角。为了获得最大的毛细压头，在槽道结构上就要求R6尽量的小，R。尽量的大。根据液体在吸液芯里沿轴向的毛细流动规律可知，当轴向异型槽道热管工作达到最大传热能力时，在蒸发段端口毛细半径re=W/(2coS 0 )，在冷凝段末端的毛细半径r。接近蒸汽腔半径，6为接触角。因此根据弯月面毛细半径的变化规律，可预测出轴向异型槽道热管的最大传热能力。具体包括步骤如下( I)给定一个初始的热负荷值Q ；(2)计算出热管轴向冷凝端末端的弯月面毛细半径r。。；由Laplace-Young方程，吸液芯毛细压P。为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用在航天领域的热管异型槽道结构优化方法，可以在有限的热源面积条件下，有效的提高热管的传热能力，其特征在于，包括步骤如下 首先，建立热管传热能力计算的数学模型 1)给定一个初始的热负荷值Q； 2)计算出热管轴向冷凝端末端的弯月面毛细半径r。。； 3)如果计算出的毛细半径r。。小于毛细芯半径d/2，则重新假定一个较大的热负荷Q；否则，假定一个较小的热负荷； 4)重复步骤2)和步骤3)，直到计算出的毛细半径r。。与蒸汽腔半径之差达到一个收敛的标准，此时的Q即为最大传热能力Q_。其次，由上述计算可知，传热能力...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪超，姜健，张逸波，倪跃，祝朋，
申请(专利权)人：上海裕达实业公司，
类型：发明
国别省市：