真空罐内应用的太阳模拟灯阵热设计

为了解决太阳模拟灯阵整体放在真空罐内使用时的导热问题,采用热管导热的方案,设计了专门的氙灯导热机构。计算了液氮系统的导热能力,结果显示,真空罐液氮冷却系统的温度升高ΔT为2074 1 K,小于其过冷度4 K,表明真空罐液氮冷却系统完全可以将太阳模拟灯阵的热量导出。采用热管导热技术,设计了导热机构,用有限元分析法进行了热仿真分析,分析结果表明,氙灯阴阳极温度维持在100 ℃左右,氙灯灯泡维持在655 ℃左右,满足氙灯正常工作的温度条件;积分器和反射镜组件温度维持在200 ℃左右,椭球镜温度维持在135 ℃左右,亦满足正常工作的温度条件,从而验证了热设计的正确性。     

空间相机电控机箱的热设计及仿真分析

为了保证空间相机电控机箱在轨运行期间的工作温度满足使用要求,根据电控机箱的结构特点和导热路径,对电控机箱内部大功耗电子元器件进行了详细热控设计,解决了某些电子元器件发热量大、导热路径较长的问题。以某个典型元器件为例,进行了散热效果估算。最后应用有限元分析软件IDEAS-TMG建立了详细的电控机箱热分析有限元模型,根据电控机箱所处温度边界条件进行了稳态仿真分析,给出了电控机箱整体的热响应性能、印制线路板（PCB）及板上大功耗电子元器件的稳态温度分布云图,结果显示,PCB的温度为40.6～51.1℃,板上大功耗电子元器件的结温为46.3～62.5℃,均满足热控设计的指标要求。热分析结果表明电控机箱热设计合理可行,能够满足使用要求。     

用于航天光照模拟的吊挂式米级金属反射镜热稳定性分析

近年,用于航天环境模拟的光照模拟设备备受关注,其主要包括太阳光照模拟器,灯阵光照模拟器、红外加热笼等。太阳光照模拟设备主要包括灯室、积分器、窗口、反射镜等,因立式光照模拟结构特殊性其金属反射镜需要采用吊挂式结构,结合光照模拟系统高辐照、高热能特点,会在金属反射镜表面产生较高热射能量,其载荷作用下的温度均匀性及热变形指标对光照模拟设备的辐照均匀性影响至关重要,即高辐照吊挂式金属反射镜对热稳定性要求较高。针对高辐照光照环境模拟设备使用的吊挂式米级金属反射镜热稳定性能进行系统性分析,主要针对立式光照模拟设备中使用的单块米级金属反射镜进行热稳定性分析,包括热仿真验证及分析、力学仿真分析、光学仿真分析,最终进行结构优化至满足高辐照光照模拟设备的辐照均匀性指标要求;提出的热稳定性分析方法对后续高辐照立式光照模拟设备中关键部件,吊挂式金属反射镜结构设计提供了指导方法。     

中型太阳模拟器积分器设计

太阳模拟器能够较准确地模拟太阳辐照的准直性、均匀性和光谱特性,具有较高的空间外热流模拟精度。其主要用于航天器的热平衡试验、热涂层特性试验和材料老化试验,可以有效地检验卫星的光辐照性能,验证航天器的热设计。针对大中型太阳模拟器特性,设计一种积分器组件,可承受高温负荷,保证大中型太阳模拟器的均匀性及辐照度性能指标。介绍了太阳模拟器积分器组件原理,通过Lighttools、Flunet对积分器组件进行结构设计、热设计及仿真计算。设计结果表明,中型太阳模拟器辐照面可达到Ф2000mm,辐照度不均匀性可达到±4%。试验结构表明,系统辐照面可达到Ф2000mm,辐照度不均匀性可达到±3.75%,辐照度最高可达到1.39个太阳常数,能够满足大中型太阳模拟器使用。     

VM-1500热真空试验箱的研制

热真空试验箱是用来模拟太空的真空、冷黑及太阳辐照环境,完成卫星的热平衡、热真空试验,满足卫星研制需要的关键地面大型试验设备。文章概要介绍了研制的一台VM-1500有效试验空间为1200mm×1600mm的空间模拟器的组成、采用的模拟技术、调试及使用情况。使用结果表明:该设备的各系统运行稳定、可靠,模拟室的真空度、热沉温度、温度测量系统等均能满足卫星整星热真空试验的要求。     

平板热管均热器与热沉的一体化设计

提出了平板热管均热器与热沉一体化设计的新思路,加工了交叉孔道式一体化平板热管并进行了实验研究。这种与热沉一体化设计的新型平板热管能有效降低导热热阻,完全消除了均热器与热沉间的接触热阻。对不同热流密度下热管工作时的稳态温度进行测试,比较了一体化平板热管和其他传统结构热管的热阻值,验证了该热管良好的性能。     

环路热管式光子吸收器的换热可行性

利用环路热管换热技术对光子吸收器进行换热可以提高光子吸收器的换热效率、减小其结构尺寸,而且运行时无振动,是未来高性能加速器中设计光子吸收器的重要技术储备。分析环路热管在光子吸收器上应用时的传热性能,发现目前环路热管的换热能力完全满足光子吸收器的换热需求,但热沉的结构、特别是导热距离需要严格优化。利用航天五院C18型号环路热管,优化设计了一台环路热管式光子吸收器样机,数值模拟其运行时的温度分布,并实验测试了光子吸收器样机的总体换热能力。     

基于热阻网络的大功率LED热管散热研究

LED结温高一直是大功率LED发展的技术瓶颈,随着单位热流密度的不断攀升,在自然冷却条件下,单纯的直肋热沉散热方式已不能满足散热要求。应用热管技术设计了热管散热系统,对该系统的传热机理和传热路线进行分析,建立该系统对应的热网络模型,对各部分热阻进行分析与计算,求得总的理论总热阻,计算得出理论结温;同时应用有限元方法对该系统进行仿真分析,对LED模块（0.025 m0.025 m0.005 m）输入30 W 电功率,得出其仿真结温稳定在58.19℃,满足结温小于65℃的要求,说明应用热管的散热系统满足设计要求。由热阻网络模型计算得出的理论结温为57.43℃,与仿真结果相差0.76℃,其误差仅为1.31％,验证了理论分析计算的正确性,对实际工程中热设计具有指导意义。     

立式太阳模拟器俯视多维调节准直镜机构设计

随着航空航天技术的发展,空间环境模拟的需求增多,太阳辐照模拟也备受关注。目前,较为成熟的太阳模拟器多为卧式太阳模拟器,其准直镜机构多采用拼接形式,而立式太阳模拟器具有节省空间的优势,其发展日趋成熟。根据太阳模拟器的总体要求,设计了一种应用于高辐照立式太阳模拟器的大口径俯视多维调节准直镜机构。根据高辐照、低背景工作环境特点,设计了多维可调节柔性吊装机构。为了提高系统的整体调试性能,采用单块整镜结构设计,降低了结构的复杂性。针对以上设计进行了计算及仿真分析,结果显示,柔性吊装机构可以有效平衡准直镜自身重力及环境温度造成的应力变形,最终满足太阳模拟器辐照度及辐照均匀性的使用需求。     

非对称空间光学遥感器主动热控系统多目标优化设计

针对大口径、离轴、非对称结构的空间光学遥感器主动热控功率最小分配的难题,提出一种基于多目标遗传算法的功率优化方法。首先根据空间相机结构建立有限元模型。然后,凭借设计者的经验,根据相机结构特点及大致热分布规律,初步划分热控区域,规划设计变量和目标变量。之后,将设计变量和目标变量代入多目标遗传算法求出Pareto最优解集。最后,在最优解集中选出合适的功率分配代入到仿真模型中进行计算,得到优化后的功率分配及温度场。对某离轴三反空间相机进行了功率优化和地面热平衡试验。经TMG仿真计算,优化后整机波动范围在低温工况和高温工况分别降低了4.76%和35.7%,并且总功耗降低了6.85%。经地面热平衡试验表明,整机温度场温差控制在±0.5℃以内,满足±2℃的指标要求。     

组合式片状放大器热恢复模拟研究

 针对组合式片状放大器工作时的热量沉积特性,分析了氙灯箱和片腔的冷却过程,重点研究了激光介质钕玻璃片的热恢复过程。初步的热分析表明,为每支氙灯提供4.7×10^-3m³/s的冷却气量以及为每个片腔提供7.6×10^-3m³/s的冷却气量时能够满足装置4小时一发的运行频率要求。     

HL-2M装置第一壁传热结构设计及传热性能测试

在 HL-2M 第一壁传热结构设计中,利用导热管的轴向快速导热特性及较短的传热路径,将面对等离 子体的第一壁表面热量快速传至真空室内壁上。第一壁背板和真空室内壁上分别焊接导热铜块作为冷热连接端, 导热管嵌入其内,导热管与铜块之间增垫导热金属箔并用压板固定压紧,以增强接触界面传热。根据此传热结构 设计,设计加工了相应的传热性能测试试验件。通过对试验件进行传热性能测试及实验条件外推可知,试验件冷 热端面间的最大传热功率为 4kW,端面间最大对流换热系数为 6kW·m^‒2。     

太阳能重力热管传热性能的分析

建立了太阳能重力热管的传热模型,分析了其内部传热性能,发现太阳能重力热管的传热性能受太阳辐照度的影响较大,其热管的瞬时效率仅在热管刚开始运行时较高,然后就不断降低。如何通过技术措施保证一个稳定较高的太阳能重力热管瞬时效率,是提高热管传热能力必须解决的关键问题。     

Heat pipe research and development in the Americas

The purpose of this paper is to present a review of the recent heat pipe research and development efforts in the Americas. After discussing the research and development of high performance monogroove, tapered artery, trapezoidally grooved, dual-slot, double wall artery, ceramic and other specially designed heat pipes, the transient modeling and testing efforts are reviewed for a variety of heat pipes that also includes variable conductance heat pipes and thermosyphons. The application of heat pipes to terrestrial systems is discussed for the heat recovery systems, Rankine and solar systems, fusion reactor core cooling and the thermal control of electronic equipment. The application of heat pipes to space systems includes the thermal control of space station and satellites, and the radiator design of large space power systems. Although many advances have been made in the past few years in the development of high heat transfer performance heat pipes, the heat pipe modeling efforts are not in step with the technological requirements.     

声空化强化振荡流热管传热实验研究

本文提出了声空化强化振荡流热管传热的方法,并对常规振荡流热管与声空化振荡流热管传热性能进行了对比实验,观察不同加热温度和声空化强度对热管传热性能的影响.实验结果表明在不同的声空化强度下,声空化振荡流热管传热均大于常规振荡流热管;在相同的加热温度下,声空化振荡流热管的当量导热系数均大于常规振荡流热管.声空化强化振荡流热管传热的方法是可行的.     

Heat transfer analysis of thermal energy storage using phase change materials

An analytical study is described of a freezing/melting phenomenon of a phase change material encapsulated in a pipe with the heat transfer fluid flowing in the annulus of a concentric pipe. The moving front problem is solved numerically using the boundary immobilization technique. Parameters such as the Stefan number, the Fourier number and the diameter ratio of the two concentric pipes to obtain sufficiently large heat transfer rates to make the system suitable for thermal energy storage are examined.     

氪灯发光总功率和氙灯发光总能量检测设备

根据氪灯、氙灯发光的工作原理,介绍了氪灯发光总功率和氙灯发光总能量检测系统。该系统可以对氪灯发光总功率和氙灯发光总能量进行批量检验,使用户能在相关激光产品的生产和装配过程中对其进行质量控制,从而提高了激光产品的合格率,缩短了生产时间。在连续氪灯和脉冲氙灯的入厂检验中,氪灯发光总功率和氙灯发光总能量是需要检测的主要技术指标。新型氪灯、氙灯性能综合检测系统是通过采用积分球、功率计以及能量计来检测氪灯的发光总功率和氙灯的发光总能量的。设备由:积分球、功率计、能量计、氪灯和氙灯支架及冷却系统、氪灯和氙灯电源等五部分组成。     

热管平板集热器设计优化

简单介绍了热管平板集热器的特点及应用前景,在分析传热的基础上,讨论各因素对传热效率的影响,从而进行优化设计。     

氪灯和氙灯光谱强度分布和光谱效率测量

氪灯、氙灯光谱强度分布和光谱效率测量是反映氪灯、氙灯性能的关键指标。介绍了一套新型的氪灯、氙灯光谱强度分布和光谱效率检测系统。该系统是一套测量连续发光灯和脉冲闪光灯发光性能及效果的综合检测设备。该检测单元采用计算机进行操控,人机界面良好,便于检验人员进行氪灯和氙灯光谱强度分布和光谱效率的批量检测。检验人员利用该系统可进行装机模拟试验和可靠性试验,可对氪灯和氙灯的性能进行必要的分析研究,不断地积累了氪灯和氙灯的检验数据和经验。