机械泵两相冷却系统启动条件和过热现象关系的实验的研究.pdfVIP

中国工程热物理学会 多相流 学术会议论文 编号：076008 机械泵两相冷却系统启动条件与过热现象 关系的实验研究术 刘杰2，李廷勋1，裴念强1，郭开华“2，何振辉1，顾建明2，李扬2 ) 摘要：在以二氧化碳为工质的新型空间两相流冷却系统一机械泵驱动两相流冷却系统的实验过程中发 现，在热量加载的同时在蒸发器出口将有过热现象产生。本论文纠‘对影响过热现象的启动温度、热流 密度和质量流量等主要因素进行实验研究，通过对实验数据分析得出结论首先系统的启动温度越低， 启动需要的过热度越大，阻力脉冲越大；其次，热流密度越大，过热时问维持的越短，阻力脉≯p越大； 最后，流量越大过热时间越长，压力脉冲越高。 关键词：过热；机械泵驱动两相冷却系统；启动；环路热管 1．引言 机械采驱动两相冷却系统是一种以机械泵为驱动力的封闭式相变传热设备，是一种 新型的主动式热控冷却技术，是近年来空间散热应用中的研究热点。该系统克服了传统 毛细力驱动环路热管系统驱动力的不足，更适合于未来航天热控中紧凑式、分散式、长 距离和高热流密度发热器件的散热任务。 过热液体是一种亚稳态。在理想的相变过程中，如果一种液体与固体互不互溶，在 与它们的相互接触中，能够完全润湿(即接触角为零)，这种液体就具备了产生均相成核 的条件，饱和液体继续吸热将立即汽化。而实际上当液体的纯度较高，且管路内表面较光 滑时，如果没有达到一定的扰动程度，饱和工质继续吸热并不发生汽化，而是变为过热 液体，这时液体的温度高于相同压力下相平衡时的饱和温度，称之为过热液体。之所以 会产生过热现象是因为液体发生核态沸腾需要有一定的过热度，液体吸收了足够的热 量，才有产生足够多的气化核心的推动力…。 在机械泵驱动冷却系统的启动实验过程中发现，在热负荷加载时，蒸发器出口处有 比较明显的过热现象，并且从过热到两相闪蒸的瞬间，机械泵进出口处差压传感器测得 的系统压力和系统地绝对压力都有较大的波动，这些将有可能对散热对象和系统本身带 来损坏。该现象在毛细力驱动热管系统中也有过相关描述比。41，而由于关于机械泵驱动两 相冷却系统的实验很少，相关的参考文献几乎没有。 2．实验台的搭建 本文实验台是按照荷兰国际空问技术研究实验室(NLR)的设计方案怕刊搭建的，用于 号：2006cB708613)硐l广东省自然科学基金资助。 作者简介：刘杰上海交通火学制冷与低温专业博士研究生，目前于中IJ』大学空间技术中心从事两相流热控技术研究’l：怍， email：liujie@sjtu 1034 研究机械泵驱动两相流冷却系统的运行特性。其结构与毛细泵热管(CPL)相似，一般由 机械泵、蒸发器、冷凝器、储液罐热交换器以及连接管道等几大部分组成，如图1所示。 该系统的工作过程是以细小管路一例如本实验过程中蒸发段的管路内径为2．6毫米一作 为蒸发器与发热设备进行热连接并控制蒸发器的入口处的工质为两相状态，从而利用工 质汽化吸热温度不变的特性来将发热设备的热量带出，通过机械泵使液体循环，然后在 冷凝器将热量散出。 广 小气候箱 I 广…]旷 l f周!IlI 阀一 一阀 魁||．匿|| ———7lI一 ●…●■■-■●L 兰相兰一J 图l机械泵驱动两相冷却系统结构原理图 聚乙烯高发泡体PEF材料进行保温，气候箱的控温精度均为±0．5K。为了模拟发热源， 出口处布置了差压传感器，储液器安装了绝对压力传感器，系统的流量选用科里奥力质 量流量计进行实时测量。所有测量数据的采集按照每秒采集一次进行。 系统选用的循环工质为C0。，这主要是因为COz在饱和态的热力学性质较适合于机械 泵驱动的两相流冷却系统的工作。实验过程中蒸发段的蒸发温度可以通过储液器来设定， 大气候箱的温度也