低温回路热管启动特性及运行稳定性机理研究

低温回路热管作为一种远距离、柔性、低热阻的热传输设备，在航天器热控系统和机械制冷机空间应用等领域具有广阔发展前景。本项目针对目前低温回路热管研究中存在的启动过程困难、正常工作时温度波动大等问题，研究液氮温区回路热管的启动特性和工作稳定性机理，目标是掌握低温回路热管能够启动的必要条件、启动过程中的物理过程、影响启动过程的主要因素，理解低温回路热管运行稳定性的影响因素，提出改善运行稳定性的技术途径。通过本项目的研究工作，可以使低温回路热管更好地满足应用要求，为低温集成技术提供新型解决方案。

在理论研究方面，对于热管的启动过程的内部相变规律进行了初步分析，找出了低温回路热管能够成功启动的关键因素在于如何把冷凝器内的液体有效地传输到主蒸发器中去。初步分析认为热管的外部环境和主蒸发器的内部结构是影响这个传输过程的主要因素。.此外，还对低温回路热管的工作稳定性问题进行了理论分析，认为热管工作不稳定的根本原因是无法建立稳定的气、液两相分布结构，因此提高低温回路热管工作稳定性的关键在于通过热管结构的合理设计，避免出现能够产生大气泡的热边界条件，同时避免热管内部出现容许大气泡生长的流道结构。.在理论分析的基础上，开展了一系列的验证试验。首先开展了低温回路热管启动原理的验证试验，试验了次蒸发器不同功率对启动效果的影响。根据试验结果，发现次蒸发器不仅可以加速系统降温，还能有效地遏制系统漏热的影响，使CLHP在较小的热负荷下也能顺利启动，稳定工作；还发现在主蒸发器热负荷较小时，CLHP传热温差变化不大；当主蒸发器热负荷增大到一定程度，随着热负荷的增大，传热温差逐渐增大。试验结果基本上验证了理论分析结果。.此后，为了更深入地理解低温回路热管的物理本质，从而为热管运行稳定性的研究奠定基础，开展了充气量大小和环境温度对低温回路热管运行性能的研究。通过理论分析，认为热管存在一个最佳充气量，而后通过试验确实找到了一个最佳充气量，此最佳充气量与理论分析的结果基本一致，由此验证了理论分析。.最后，开展了低温回路热管运行稳定性的试验验证及改进工作。发现二次回路能够提高低温回路热管启动的可靠性和工作的稳定性。此外，减小周围环境的漏热和部件之间的漏热，可以有效地改善低温回路热管的传热性能，还可以在一定程度上减小冷源的负担。对于特定的热管样机来说，如果被冷却器件需要传递的热量很小的时候，可以用很小的次蒸发器热负荷驱动二次回路，或者关闭二次回路；当需要传递的热量很大时，适当提高次蒸发器热负荷，可以使低温回路热管获得更大的传热能力。.至此，对于低温回路热管的启动特性和运行稳定性均有了比较深入的理解，并能够运用理论上的成果对低温回路热管的结构进行针对性的改进，改进后低温回路热管的启动可靠性和运行稳定性确实得到了提高。本基金的研究任务得以圆满完成。