一种空间散热的新形式.pptx

一种空间散热的新形式液滴式辐射散热器Liquid Droplet Radiator一LDR汇报人：王圣集原理简介•液滴辐射器主要由 主要由液滴发生 器、液滴收集器、 循环泵、换热器及 流体管道组组成液滴辐射器简图优点简述•单位质量辐射器 的热辐射量较高 •在空间轨道上,它 更容易展开 •只占用很少空间, 便于航天器设计 及送入轨道 •微流星体、激光 束或粒子束等用 动力撞击造成损 害的威胁很小 •系统和介质在适 当温度范围内运 行很长周期热管辐射器的单位质量热辐射量为 45.9W/kg,优化过的热管辐射器约为 65.6W/kg,而LDR的单位质量热辐射量达 250W/kg,系统优化后甚至可达450W/kg有效辐射面是数以亿计的亚毫米级液滴 的表面,这些液滴具有很高的表面积与体 积之比,汇聚后工作流体体积很小,LDR在 空 间系统上可以安装得很紧凑只有液滴发生器、收集器和连接输送管 需要用装甲保护不同结构的液滴辐射器• 螺旋形 • 封闭式 蝶形 • 环形 • 矩形 • 三角形螺旋形LDR 蝶形LDR环形LDR液滴发生器•液滴发生器是LDR系 统中的关键部件之一 •比较合适的液滴流的 数量在105到107之间, 对于MW级的LDR,每 条液滴流中应含有约 105个液滴,液滴速度 的合理范围是3到 30m/s之间,其直径在 50到500 μm之间。

• 形成具有均匀速度和直径的液滴• 要求液体流瞄准精度较高• 液滴速度的均匀性高较合适的方案: 外加周期性扰动崩解毛细射流液滴收集器• 为为了避免工质损质损 失,收集器要能捕 获获所有入射液滴而没有液滴飞溅飞溅 脱离收集器 • 在捕获获液滴后,还应该还应该 能产产生足够够 的压压差来将流体压压至循环泵环泵 中针对不同结构LDR设计的收集 器方案不同,由于矩形LDR和三角 形LDR研究较多,相对应的线性 收集器和离心式收集器的研究也 较深入线性收集器线性收集器实验： 利用铝板模拟收集器 的一侧,单条液滴流以 35 °入射角撞击铝板, 液滴速度为16m/s,液滴 均匀时，可流向齿轮 泵,当液滴不均匀时,有 明显飞溅现 象离心收集器•三角形LDR系统 中使用离心收集 器 •入射液滴流撞击在 收集器底面和圆锥 面上形成液膜,少数 液滴溅射离开表面, 由前端的挡板拦住, 利用旋转产生的离 心力将表面上的液 膜沿锥形面甩向收 集器前部,然后通过 皮托管收集 离心式收集器示意图液滴收集器• 损失来源• 液滴损失的主要来源不是从收集器表 面上弹出的液滴,而是由于当液滴流撞 击表面时,会形成波浪形液膜,在浪尖上 有次级液滴脱落造成损失。

• 有时候,表面上还会形成背离齿轮泵 的 反向流,使用辅助流可以消除这种现象, 而且辅助流可以增加齿轮泵 入口处压 力辅助部件•除了液滴发生器 和收集器,LDR还 包括支撑结构,工 作流体流通管道, 换热器,泵等辅助 设备 •为防止微流星体 撞穿流通管道造 成工质损失,管道 必须用装甲保护, 因此管道质量较 大支撑结构改进液滴层性质•液滴层的辐射特性•液滴层的蒸发特性将液滴层作为具有发射、吸收和散射辐射 性质的半透明介质处理,利用能量守恒和辐 射传递方程, 对液滴层的辐射特性做了较为 系统的研究,建立了多种形状液滴层的辐射 散热过程的数学模型液滴层的蒸发特性与温度有密切关系,因此 要研究其蒸发特性,必须要同时研究其辐射 特性以确定温度可能的备选工质按排热温度分类•Points of interestText goes here备选工质在排热温度临近室温(300K)时,如太阳能电 池的冷却,或载人航天器的室温控制,工质可 选为DC705硅油;排热温度在400K附近时,可 选用PMPS和PDMS硅油;在500~1000K高温 下,如用于核能或太阳能空间发电系统的散 热,镓(Ga)和铝(Al)较合适,其熔点最低且蒸 气压也较低;如液滴层温度在450一55OK,可 以选用锂(Li),密度较低而热容较大;锡(Sn)也 是一比较合适的工质,其熔点为505K,在 900K以下其蒸气压均小于10-9mmHg,因此适 用的温度范围较广。

备选工质另一类备选工质是共熔液态合金,如：钠一钾(Na一K)应用范围为200-335K,锂一银(Li一Ag)可用于425-540K，锂一锗(Li一Ge)适用于700-975K由于共熔合金的不同成分蒸发速率不同,将 导致合金组分及物性改变,因此系统需要及 时添加合金成分,使其比例保持一定,这给系 统设计增加了复杂性Thanks。