中国空间科学技术

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微重力条件下热管吸热器瞬态热分析

桂小红1 宋香娥2   

  1. （1中国科学院工程热物理研究所，北京100190）（2北京第二外国语学院，北京100024）
  • 收稿日期:2015-03-20 修回日期:2015-04-30 出版日期:2015-08-25 发布日期:2015-08-25
  • 作者简介:桂小红 1976年生，2009年获北京航空航天大学人机环境工程专业博士学位，副研究员。研究方向为空间太阳能热动发电系统设计及分析。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金（51476172）资助项目

TransientThermalAnalysisofHeatPipeReceiverunderMicrogravity

GUI  Xiaohong 1    SONG  Xiang′e2   

  1. （1InstituteofEngineeringThermophysics,ChineseAcademyofSciences,Beijing100190）（2BeijingInternationalStudiesUniversity,Beijing100024）
  • Received:2015-03-20 Revised:2015-04-30 Published:2015-08-25 Online:2015-08-25

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摘要： 基于微重力条件下的导热控制微分方程，采用焓法对热管吸热器相变材料容器进行了二维数值建模与仿真，在同时考虑空穴和相变的情况下，对微重力条件下蓄热单元相变传热进行了模拟计算，分析了空穴率对蓄热容器内部的温度场和热性能的影响，并将计算结果同美国航空航天局（NASA）方案热管吸热器蓄热单元相变传热计算结果进行了比较，验证了文中微重力条件下计算模型的合理性与准确性。研究结果表明：空穴影响着蓄热单元相变的进程，空穴的存在增加了容器内部的温度梯度，使得容器的蓄热能力降低；由于热管径向温差较小，热管壁温在相变材料熔点附近变化较小，从而在一定程度上能缓解热斑和热松脱现象。

关键词: 空间太阳能发电系统, 热管吸热器, 相变材料, 空穴, 相变, 航天器

Abstract: Hightemperatureheatpipereceiversarecommonlyusedasacorecomponentofspacesolardynamicpowersystem.Onthebaseofheatconductiongoverningdifferentialequationundermicrogravity,two-dimensionalnumericalanalysisofPCMcontainerwasconductedbyaenthalpymethod.Withbothvoidcavityandphasechangeconsidered,thermalperformanceofheatpipereceiverwasanalyzed.NumericalresultswerecomparedwithNASAresults.Theaccuracyofcalculationmodelundergravitywasverified.Theresultsindicatethatvoidcavityinfluencestheprocessofphasechange.ThevoidcavityreducestheutilityandthermalstorageabilityofPCM.ThetemperaturegradientofPCMzoneisverysignificantbecauseofthevoidcavity.ThePCMcontainedintheintegratedheatpipeperformstheaveragingfunctionoftheheatloads.Normalworkingofwickensurestheuniformityofheatpipe,thusheatpipereceiveralleviatesthermalspotandthermalratcheting.

Key words: Spacesolarpowersystem, Heatpipereceiver, Phasechangematerial, Voidcavity, Phasechange, Spacecraft