Lennundustehnoloogia testimise valdkonnas töötav vedelmetalli soojusjuhtimise katseseade töötati välja Hiina Teaduste Akadeemia Füüsika- ja Keemiatehnoloogia Instituudi poolt ning paigaldati kosmosejaama Mengtian Experimental Module'i lennunduse põhitesti kappi. See kasutab vismutipõhist metalli, millel on madal sulamistemperatuur, kõrge bioohutus ja stabiilsed keemilised omadused. Viia läbi voolusoojuse hajumise ja faasimuutuse temperatuuri reguleerimise tehnoloogia iseloomulikud uuringud ja eksperimentaalne kontrollimine ruumi mikrogravitatsioonikeskkonnas.
pilt
Vedelmetalli soojusjuhtimise katseseadme asukoht kosmoselennunduse põhikatsekapis
1. OSA
Mis on vedel metall? Milliseid põhimõtteid testimine hõlmab?
Vedel metall on amorfne, voolav vedel metall. See on üldnimetus madala sulamistemperatuuriga metallide ja legeermaterjalide jaoks. See on toatemperatuuril või madalamal kuumutustemperatuuril vedel ja voolav. Sellel on tugev elektrijuhtivus ja soojusjuhtivus. Sellel on kõrge efektiivsus, madal viskoossus ja lai vedeliku temperatuurivahemik. Selles katses kasutati peamiselt kahte vedela metalli soojuse hajumise põhimõtet, nimelt konvektsioonisoojusülekannet ja tahke-vedeliku faasimuutuse termoregulatsiooni.
pilt
vedel metall
Konvektsioonsoojusülekanne tähendab, et vedel metall voolab läbi küttepinna, neelab pinnasoojuse ja hoiab küttepinna temperatuuri kindlal sobival tasemel. Soojust neelav vedel metall kuumeneb, edastab soojuse teatud soojuseraldusseadmes keskkonda ja seejärel taastub. algtemperatuurini, voolates seeläbi uuesti läbi küttepinna, et saavutada ringvoolu;
Tahke-vedeliku faasimuutuse termoregulaator on küttepinnale paigaldatud faasimuutusjahutusradiaator, mis pärast soojuse neelamist sulab ja muutub tahkest vedelaks. Sulamisprotsess neelab soojust, kuid temperatuur ei muutu, reguleerides seeläbi küttepinda teatud sobival temperatuuril. Kui küttepind enam ei tööta, tahkub vedel metall järk-järgult tahkeks. Tahkumise ajal jääb temperatuur muutumatuks, kuid soojust eraldub. See soojus hajub järk-järgult keskkonda. Täielikult tahkunud metall on küttepinna järgmisteks töödeks valmis. Tahke olek Vedelfaasi muutmise termilise reguleerimise jaoks kasutatavatel metallmaterjalidel on madal sulamistemperatuur, tavaliselt alla 100 kraadi, ja neid saab vastavalt vajadustele reguleerida.
OSA.2
Milliseid tulemusi katse andis?
Selles orbiidi testis sai konvektsiooni soojuse hajumise katsemoodul soojusülekandeteguri variatsioonikarakteristikud voolukiirusega, mis on peamiselt suunatud väikeste vedelikuahelate madala voolukiirusega rakendustele. Enne seda ei olnud disaineritel usaldusväärseid soojusülekandeteguri karakteristikuid madala voolukiiruse piirkonnas, millele see katseprojekt keskendus. Selle testi tulemused on selle tühimiku täitnud;
pilt
Faasimuutuse temperatuuri juhtmoodul saab metallimaterjali sulamisprotsessi temperatuurimuutuste kõvera aja jooksul. Materjali temperatuurijaotust sulamisprotsessi ajal mõjutab oluliselt gravitatsioon. Gravitatsiooni korral käivitab erinevate vedeliku temperatuuride põhjustatud tiheduse erinevus loomuliku voolu. See vool muudab vedela metalli sisetemperatuuri kiiremini ühtlaseks; Kuigi ruumikeskkonna gravitatsioon on äärmiselt nõrk, ei põhjusta tiheduse erinevus loomulikku voolu ja vedela metalli temperatuurijaotus on suhteliselt ebaühtlane. See test on varustatud metalli faasimuutusega Materjali õõnsusse seatakse üles täiustatud soojusülekandestruktuur, mis suudab kiiresti soojust metallimaterjali sisemusse üle kanda, muutes selle ühtlasemaks, mille tulemuseks on ühtlasem temperatuur. Testi kontrollimise tulemused vastavad ootustele.
Lisaks konvektsiooni soojusülekande ja faasimuutuse temperatuuri reguleerimise tehnoloogia kontrollimisele kontrollis see test ka võtmetehnoloogiaid, nagu vismutil põhineva metalli kontrollitud sulamine, paisumispuhverdamine ja liidese soojusjuhtivus kosmose mikrogravitatsioonikeskkonnas.
Peamised tehnilise terminoloogia teadmiste ametikohad
Kontrollitud sulatamine: viitab metallide kontrollitud sulamisele järjestikku vastavalt eelseadistatud positsioonidele ja järjestustele.
Paisumispuhverdus: viitab mahumuutuse puhverdamisele metalli tahke vedeliku muutumisel. Suletud ahela puhul torujuhe puruneb, kui seda mahumuutust ei puhverdata.
Liidese soojusjuhtivus: viitab väikestele tühikutele, mis tekivad kahe tahke pinna kokkupuutel. Nendesse piludesse jääv õhk takistab soojuse ülekandmist kahe tahke pinna vahel. Seetõttu tuleb lüngad täita termilise liidese materjalidega, näiteks vedela metalliga. See täidis Materjali soojusjuhtivus on palju kõrgem kui õhul, võimaldades soojust kahe tahke pinna vahel väikese temperatuuride vahega üle kanda.
OSA.3
Millised on testi uurimismõjud?
See projekt on esimene kord maailmas, kus kasutatakse kõrge bioohutusega madala sulamistemperatuuriga vismutil põhinevat sulamit, et viia läbi orbiidil testimist ja vedelmetallide ruumi soojusjuhtimise võtmetehnoloogiate kontrollimist. Asjakohaseid tulemusi saab kasutada tulevaste kosmose tuumaenergiaallikate, suure võimsustihedusega avioonika ja tsiviilotstarbeliste suure võimsusega seadmete jaoks. Pakkuge olulist tehnilist tuge inseneri- või tööstuslikele rakendustele, mis nõuavad tõhusat soojusülekannet ja -hajutamist, nagu seadmed.
OSA.4
Millistes valdkondades ootate tulevikus rakendusi?
Selle projektiga saavutatud saavutused vedelmetalli konvektsiooniga soojuse hajutamise ja faasimuutuse temperatuuri reguleerimise alal on peamiselt suunatud insenertehnilistele soojusjuhtimisvajadustele, nagu kõrge soojusvoo tihedusega elektroonikaseadmete pidev kuumutamine või vahelduv suure koormusega kuumutamine. Tehisintellekti tehnoloogia, virtuaalreaalsuse tehnoloogia ja kiire arenguga Flux-pilditöötlustehnoloogia ja muude valdkondade pideva arenguga suureneb nende funktsioonidega elektriseadmete võimsustihedus jätkuvalt. Elektriliste komponentide töövõime tagamiseks suure koormuse tingimustes on vaja kasutusele võtta tõhusam, lihtsam ja töökindlam soojuse hajutamise tehnoloogia. See projekt Kaasatud kaks vedelmetalli soojuse hajutamise tehnoloogiat on eksperimentaalsed kontrollid, mis viiakse läbi vastuseks sellele tööstuslikule nõudlusele ja millel on eeldatavasti oluline roll paljudes valdkondades.
pilt
Sisu allikas: Hiina mehitatud kosmoselend Autor: Liu Guilin, Hiina Teaduste Akadeemia füüsika ja keemia instituut
