一种空间散热的新形式

Title Goes Here,Bullet items go here,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,10,5,到,10,7,之间,对于,MW,级的,LDR,每条液滴流中应含有约,10,5,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,m,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,为了避免工质损失,收集器要能捕获所有入射液滴而没有液滴飞溅脱离收集器,在捕获液滴后,还应该能产生足够的压差来将流体压至循环泵中,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 interest,Text 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,5001000K,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,-9,mmHg,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,