一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置及方法

摘要

本发明公开一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置及方法，装置包括一个两端封口的圆管，圆管的一端为热端，另一端为冷端，圆管侧面设置有一个磁场周期性变换的电磁装置，圆管内部腔体的靠近热端的一端填充有热端多孔介质，圆管内部腔体的靠近冷端的一端填充有冷端多孔介质，热端多孔介质和冷端多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，圆管内部腔体的中部安装一个螺旋状的弹性线圈，弹性线圈两端各连接一个弹簧连接板，弹性线圈包括一根导线和若干流体导管，所述导线两端接直流电源，所述流体导管通过两端的弹簧连接板与热端多孔介质和冷端多孔介质连通。本发明利用电磁装置产生一个周期性变换磁场，驱动纳米流体在冷端和热端对流，提高散热效率。

说明书

技术领域

本发明涉及散热装置领域，更具体地，涉及一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置及方法。

背景技术

微重力环境下，航天器所处轨道高度的重力大约为（为地面自由落体加速度），在这种情况下, 流体的自然对流换热效应被削弱或消失。因此微重力环境下，散热装置的效率有待提高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是克服微重力条件下散热装置效率低的缺陷，提供一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置，利用电磁控制方法进行热量传递代替传统的自然对流，可以很好地解决发热元件的散热问题，提高散热效率。

本发明的进一步目的是，提供一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置，包括一个两端封口的圆管，圆管的一端为热端，另一端为冷端，圆管侧面设置有一个磁场周期性变换的电磁装置，圆管内部腔体的靠近热端的一端填充有热端多孔介质，圆管内部腔体的靠近冷端的一端填充有冷端多孔介质，热端多孔介质和冷端多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，圆管内部腔体的中部安装一个螺旋状的弹性线圈，所述弹性线圈两端各连接一个弹簧连接板，弹性线圈包括一根导线和若干流体导管，所述导线两端接直流电源，所述流体导管通过两端的弹簧连接板与热端多孔介质和冷端多孔介质连通，在流体导管内部纳米流体贴着流体导管内壁和导流格栅流动，气体在流体导管中间流动。

在一种优选的方案中，所述纳米流体采用非牛顿纳米流体，非牛顿纳米流体是由基液（如水、醇等）与纳米尺度的氧化金属粉体（如氧化铝、氧化铜等）混合制备而成的悬浮液。

在一种优选的方案中，所述电磁装置包括交流电源以及两个相互并联的电磁铁，两个电磁铁设置于圆管两侧。

在一种优选的方案中，所述热端多孔介质的包括若干层金属颗粒，从热端到冷端，金属颗粒的直径逐渐变大。

在一种优选的方案中，所述冷端多孔介质的包括若干层金属颗粒，金属颗粒的直径相同。

在一种优选的方案中，所述直流电源从正极到负极依次串联有开关、滑动变阻器、导电线。

在一种优选的方案中，所述圆管两端的堵头为金属板。

在一种优选的方案中，所述弹性线圈外表面包封有绝缘体。使其能够防高温防腐蚀。

在一种优选的方案中，靠近热端的弹簧连接板可移动，而靠近冷端的弹簧连接板不可移动。

一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递方法，应用于所述的微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：热量传导至热端多孔介质；

S2：热端多孔介质空隙中的纳米流体遇热相变成气体；

S3：电磁装置产生一个周期性变换磁场，由于弹性线圈中的导线通直流电，

弹性线圈在安培力作用下以一定频率来回振动，靠近热端的弹簧连接板驱动热端的气体沿流体导管向冷端移动；

S4：气体在冷端多孔介质处遇冷凝成液体并释放热量；

S5：液体通过流体导管回流至热端多孔介质，如此循环，完成热量的传递过程。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明提供一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置，包括一个两端封口的圆管，圆管的一端为热端，另一端为冷端，圆管侧面设置有一个磁场周期性变换的电磁装置，圆管内部腔体的靠近热端的一端填充有热端多孔介质，圆管内部腔体的靠近冷端的一端填充有冷端多孔介质，热端多孔介质和冷端多孔介质的孔隙中填充有纳米流体，圆管内部腔体的中部安装一个螺旋状的弹性线圈，所述弹性线圈两端各连接一个弹簧连接板，弹性线圈包括一根导线和若干流体导管，所述导线两端接直流电源，所述流体导管通过两端的弹簧连接板与热端多孔介质和冷端多孔介质连通，在流体导管内部纳米流体贴着流体导管内壁和导流格栅流动，气体在流体导管中间流动。本发明利用电磁装置产生一个周期性变换磁场，由于弹性线圈中的导线通直流电，弹性线圈在安培力作用下以一定频率来回振动，从而驱动纳米流体在冷端和热端对流，可以很好地解决发热元件的散热问题，提高散热效率。

本发明还提供一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递方法，该方法与装置结合实现了微重力条件下高效率的散热。

附图说明

图1为本发明微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置的示意图。

图2为弹簧连接板的示意图。

图3为弹性线圈的示意图。

图4为本发明微重力条件下利用电磁控制的热量传递方法的流程图。

其中：1、圆管；2、电磁装置；3、热端多孔介质；4、冷端多孔介质；5、弹性线圈；6、弹簧连接板；7、直流电源；8、开关；9、滑动变阻器。21、交流电源；22、电磁铁；51、导线；52、流体导管。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1-3所示，一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置，包括一个两端封口的圆管1，圆管1的一端为热端，另一端为冷端，圆管1侧面设置有一个磁场周期性变换的电磁装置2，圆管1内部腔体的靠近热端的一端填充有热端多孔介质3，圆管1内部腔体的靠近冷端的一端填充有冷端多孔介质4，热端多孔介质3和冷端多孔介质4的孔隙中填充有纳米流体，圆管1内部腔体的中部安装一个螺旋状的弹性线圈5，所述弹性线圈5两端各连接一个弹簧连接板6，弹性线圈5包括一根导线51和若干流体导管52，所述导线51两端接直流电源7，所述流体导管52通过两端的弹簧连接板6与热端多孔介质3和冷端多孔介质4连通，在流体导管52内部纳米流体贴着流体导管内壁和导流格栅流动，气体在流体导管52中间流动。

在具体实施过程中，所述纳米流体采用非牛顿纳米流体，非牛顿纳米流体是由基液（如水、醇等）与纳米尺度的氧化金属粉体（如氧化铝、氧化铜等）混合制备而成的悬浮液。

在具体实施过程中，所述电磁装置2包括交流电源21以及两个相互并联的电磁铁22，两个电磁铁22设置于圆管1两侧。

在具体实施过程中，所述热端多孔介质3的包括若干层金属颗粒，从热端到冷端，金属颗粒的直径逐渐变大。

在具体实施过程中，所述冷端多孔介质4的包括若干层金属颗粒，金属颗粒的直径相同。

在具体实施过程中，所述直流电源7从正极到负极依次串联有开关8、滑动变阻器9、导电线。

在具体实施过程中，所述圆管1两端的堵头为金属板。

在具体实施过程中，所述弹性线圈5外表面包封有绝缘体。使其能够防高温防腐蚀。

在具体实施过程中，靠近热端的弹簧连接板6可移动，而靠近冷端的弹簧连接板6不可移动。

本实施例利用电磁装置2产生一个周期性变换磁场，由于弹性线圈5中的导线51通直流电，弹性线圈5在安培力作用下以一定频率来回振动，从而驱动纳米流体在冷端和热端对流，可以很好地解决发热元件的散热问题，提高散热效率。

实施例2

如图4所示，一种微重力条件下利用电磁控制的热量传递方法，应用于实施例1所述的微重力条件下利用电磁控制的热量传递装置，其特征在于，包括以下步骤：

S1：热量传导至热端多孔介质3；

S2：热端多孔介质3空隙中的纳米流体遇热相变成气体；

S3：电磁装置2产生一个周期性变换磁场，由于弹性线圈5中的导线51通直流电，弹性线圈5在安培力作用下以一定频率来回振动，靠近热端的弹簧连接板6驱动热端的气体沿流体导管52向冷端移动；

S4：气体在冷端多孔介质4处遇冷凝成液体并释放热量；

S5：液体通过流体导管52回流至热端多孔介质3，如此循环，完成热量的传递过程。

本实施例提供的微重力条件下利用电磁控制的热量传递方法与实施例1的装置结合实现了微重力条件下高效率的散热。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。