專利名稱：一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱管槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，更具體的說，涉及一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
熱管由于其優(yōu)良的傳熱性能，結(jié)構(gòu)緊湊，運行穩(wěn)定，已成為能源領(lǐng)域中熱量傳遞和回收的主要部件。同時，由于熱管傳熱能力大、熱阻小、優(yōu)良的均溫特性和可以實現(xiàn)小型化、微型化的特點，使得熱管在航空航天和電子元器件的冷卻、均溫、散熱方面獲得了廣泛的使用。軸向槽道熱管是目前各種類型熱管中加工相對簡易、傳熱特性較好的熱管。目前，航天器上元器件的功率越來越大、物理尺寸卻越來越小，熱流密度隨之增加。在有限的熱源面積 條件下，如何合理的設(shè)計熱管槽道形狀尺寸，提高熱管的傳熱能力，已成為熱管結(jié)構(gòu)設(shè)計者需要解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，能夠有效解決航天器上大功率有效載荷的散熱問題，在有限的熱源面積條件下，通過合理的設(shè)計熱管槽道形狀尺寸，提高熱管的傳熱能力，使得航天器內(nèi)部的工作溫度不出現(xiàn)大幅度的波動，控制工作溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)，保證航天器內(nèi)各儀器設(shè)備的正常工作。為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案以下I. 一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，可以在有限的熱源面積條件下，有效的提高熱管的傳熱能力，其特征在于，包括步驟如下首先，建立熱管傳熱能力計算的數(shù)學模型I)給定一個初始的熱負荷值Q ；2)計算出熱管軸向冷凝端末端的彎月面毛細半徑r。。；3)如果計算出的毛細半徑rcc小于毛細芯半徑d/2，則重新假定一個較大的熱負荷Q ;否則，假定一個較小的熱負荷；4)重復步驟2)和步驟3)，直到計算出的毛細半徑r。。與蒸汽腔半徑之差達到一個收斂的標準，此時的Q即為最大傳熱能力Q_。其次，由上述計算可知，最大傳熱能力Qmax隨毛細芯窄縫寬度W的減小或毛細芯直徑d的增加而增大，因此，在上述求得的最大傳熱能力Q_，結(jié)合熱管的結(jié)構(gòu)尺寸和機械加工能力，選擇小毛細芯窄縫寬度W和大毛細芯直徑d的吸液芯結(jié)構(gòu)；最后，通過熱管傳熱能力測試平臺進行數(shù)值驗證，確定上述求得的異型槽道寬徑比w/d的最佳取值范圍。當槽道形狀為Q型時，其最佳寬徑比W/d范圍是0. 115、. 269。本發(fā)明技術(shù)方案所帶來的有益效果如下
本發(fā)明在數(shù)值計算和試驗驗證的基礎(chǔ)上，給出了異型槽道最佳的寬徑比W/d。使用本發(fā)明所示的異型槽道結(jié)構(gòu)，可以在有限的熱源面積條件下，有效的提高熱管的傳熱能力。


圖I是液態(tài)介質(zhì)彎月面在熱管管芯內(nèi)的分布示意圖；圖2是Q型槽道熱管橫截面示意圖；圖3是圖2所示Q型槽道橫截面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。這些實施例應(yīng)理解為僅用于說、明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在閱讀了本發(fā)明記載的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明所提供的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，是通過數(shù)值計算和試驗驗證，在傳統(tǒng)典型熱管槽道形狀的基礎(chǔ)上，找出合理的熱管槽道參數(shù)，設(shè)計出最佳的熱管槽道形狀。熱管I是靠毛細作用使液相工質(zhì)由冷凝段10回流到蒸發(fā)段11，從而保證熱管的正常運作，毛細力的大小直接影響熱管的傳熱能力。熱管芯中的毛細壓差是由吸液芯中液體的彎月面曲率半徑不同而產(chǎn)生的，在蒸發(fā)段蒸發(fā)使彎月面曲率半徑Re減小，在冷凝段由于液體的凝結(jié)，使彎月面曲率半徑R。不斷增大，如圖I所示。由彎曲液面兩邊的壓差公式可得蒸發(fā)段毛細壓差A(yù) P6和冷凝端毛細壓差A(yù) P。，分別如下
. 2 Cr 2 ￠7 COS^.Ape =—=-L(I)
K >~
. 2 ￠7 2cr COS^,,*V = —=---(2)熱管兩端毛細壓頭
r n AA*~ (COS 6>e COS6>c^|Ap w =Ape-Apc- = 2a ------⑴
I re rc )其中，■。分別為蒸發(fā)段和冷凝段的有效毛細半徑，O為表面張力系數(shù)，e為接觸角。為了獲得最大的毛細壓頭，在槽道結(jié)構(gòu)上就要求R6盡量的小，R。盡量的大。根據(jù)液體在吸液芯里沿軸向的毛細流動規(guī)律可知，當軸向異型槽道熱管工作達到最大傳熱能力時，在蒸發(fā)段端口毛細半徑re=W/(2coS 0 )，在冷凝段末端的毛細半徑r。接近蒸汽腔半徑，6為接觸角。因此根據(jù)彎月面毛細半徑的變化規(guī)律，可預(yù)測出軸向異型槽道熱管的最大傳熱能力。具體包括步驟如下( I)給定一個初始的熱負荷值Q ；(2)計算出熱管軸向冷凝端末端的彎月面毛細半徑r。。；由Laplace-Young方程，吸液芯毛細壓P。為
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，可以在有限的熱源面積條件下，有效的提高熱管的傳熱能力，其特征在于，包括步驟如下 首先，建立熱管傳熱能力計算的數(shù)學模型 1)給定一個初始的熱負荷值Q； 2)計算出熱管軸向冷凝端末端的彎月面毛細半徑r。。； 3)如果計算出的毛細半徑r。。小于毛細芯半徑d/2，則重新假定一個較大的熱負荷Q；否則，假定一個較小的熱負荷； 4)重復步驟2)和步驟3)，直到計算出的毛細半徑r。。與蒸汽腔半徑之差達到一個收斂的標準，此時的Q即為最大傳熱能力Q_。
其次，由上述計算可知，傳熱能力Qmax隨毛細芯窄縫寬度W的減小或毛細芯直徑d的增加而增大，因此，在上述求得的最大傳熱能力Qmax，結(jié)合熱管的結(jié)構(gòu)尺寸和機械加工能力，選擇小毛細芯窄縫寬度W和大毛細芯直徑d的吸液芯結(jié)構(gòu)； 最后，通過熱管傳熱能力測試平臺進行數(shù)值驗證，確定上述求得的異型槽道寬徑比W/d的最佳取值范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征是槽道可以為Q型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其特征是當槽道形狀為Q型時，其最佳寬徑比W/d范圍是0. 115、. 269。
全文摘要
本發(fā)明公開一種應(yīng)用在航天領(lǐng)域的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，通過建立熱管傳熱能力計算的數(shù)學模型，求得最大傳熱能力Qmax，并結(jié)合熱管的結(jié)構(gòu)尺寸和機械加工能力，選擇小毛細芯窄縫寬度W和大毛細芯直徑d的吸液芯結(jié)構(gòu)；然后通過熱管傳熱能力測試平臺進行數(shù)值驗證，確定上述求得的異型槽道寬徑比W/d的最佳取值范圍。本發(fā)明所提供的熱管異型槽道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，能夠有效解決航天器上大功率有效載荷的散熱問題，在有限的熱源面積條件下，通過合理的設(shè)計熱管槽道形狀尺寸，有效的提高熱管的傳熱能力。
文檔編號F28D15/04GK102706192SQ20121021681
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月27日
發(fā)明者倪躍, 姜健, 張逸波, 汪超, 祝朋 申請人:上海裕達實業(yè)公司