工质对180~230 K低温环路热管工作特性的影响

摘要

低温环路热管(loop heat pipe,LHP)是一种高效的两相传热装置,常被用在航天热控系统中。为探究用于空间探测项目中180~230 K环路热管的合适工质,采用乙烯、乙烷和丙烯为工质对LHP在不同热沉温度下的启动特性、工作温度对热负荷增大的响应变化及稳态传热热阻进行了实验研究。实验和分析结果表明:启动前蒸发器和补偿器温度低于工质临界温度至少10 K时,LHP均能以5 W的热负荷成功启动;启动前蒸发器温度相近时,乙烷LHP和丙烯LHP的启动温升均在2 K以内,乙烷LHP启动时间短于丙烯LHP,工质汽化潜热和液体粘度差异是造成LHP启动时间差异的重要因素。工质对LHP工作温度随热负荷增大的响应影响不明显,蒸发器温度均随热负荷的增加而先减小后增大,最低工作温度出现于20~30 W,LHP达到稳定状态的时间随热负荷增大而缩短。工质能明显地影响LHP的稳态传热热阻,工质在外环路的压降是其影响LHP稳态传热热阻的重要因素;工质的气相压降占外环路总压降的绝大部分,小的气相压降对应小的稳态传热热阻,同热负荷下的乙烯LHP气相压降小于乙烷LHP和丙烯LHP,且气相压降均随温度升高而减小,对应的乙烯LHP稳态传热热阻小于乙烷LHP和丙烯LHP,且传热热阻都随温度升高而减小,实验得到的LHP最小稳态传热热阻达到0.21 K/W。