Устройство для испытания терморегулирования жидкого металла в области испытаний аэрокосмической техники было разработано Институтом физико-химических технологий Китайской академии наук и установлено в аэрокосмическом испытательном шкафу экспериментального модуля Мэнтянь космической станции. В нем используется металл на основе висмута с низкой температурой плавления, высокой биобезопасностью и стабильными химическими свойствами. Провести характерные исследования и экспериментальную проверку технологии теплоотвода потока и технологии регулирования температуры с фазовым переходом в условиях космической микрогравитации.
картина
Расположение устройства для испытания терморегулирования жидкого металла в шкафу для основных испытаний в аэрокосмической отрасли.
ЧАСТЬ.1
Что такое жидкий металл? Какие принципы используются в тестировании?
Жидкий металл – это аморфный, текучий жидкий металл. Это общий термин для ряда металлов и сплавов с низкой температурой плавления. Он является жидким при комнатной температуре или более низкой температуре нагрева и обладает текучестью. Он обладает сильной электропроводностью и теплопроводностью. Он обладает характеристиками высокой эффективности, низкой вязкости и широкого диапазона температур жидкости. В этом эксперименте в основном использовались два принципа рассеивания тепла жидким металлом, а именно конвекционная теплопередача и термоконтроль с фазовым переходом твердое тело-жидкость.
картина
жидкий металл
Конвекционная теплопередача означает, что жидкий металл течет через поверхность нагрева, поглощает тепло поверхности и поддерживает температуру поверхности нагрева на определенном соответствующем уровне. Жидкий металл, поглощающий тепло, нагревается, передает тепло окружающей среде в определенном устройстве рассеивания тепла, а затем восстанавливается. до начальной температуры, тем самым снова протекая через поверхность нагрева для достижения кругового потока;
Термоконтроль с фазовым переходом твердого тела и жидкости представляет собой радиатор с фазовым переходом, установленный на поверхности нагрева, который плавится после поглощения тепла и переходит из твердого состояния в жидкость. Процесс плавления поглощает тепло, но температура не меняется, тем самым контролируя определенную подходящую температуру поверхности нагрева. Когда поверхность нагрева перестает работать, жидкий металл постепенно затвердевает и переходит в твердое состояние. В процессе затвердевания температура остается неизменной, но выделяется тепло. Это тепло постепенно рассеивается в окружающую среду. Полностью затвердевший металл готов к следующей работе поверхности нагрева. Твердое состояние. Металлические материалы, используемые для терморегулирования с жидким фазовым переходом, имеют низкую температуру плавления, обычно ниже 100 градусов, и ее можно регулировать в соответствии с потребностями.
ЧАСТЬ 2
Каких результатов достигло испытание?
В ходе этого орбитального испытания модуль испытания конвекционного рассеивания тепла получил характеристики изменения коэффициента теплопередачи в зависимости от скорости потока, что в основном направлено на применение в небольших жидкостных контурах с низким расходом. До этого у проектировщиков не было надежных данных о характеристиках коэффициента теплопередачи, на которые можно было бы опираться в области низкого расхода, на которой был сосредоточен этот тестовый проект. Результаты этого теста заполнили этот пробел;
картина
Модуль контроля температуры с фазовым изменением получает кривую изменения температуры процесса плавления металлического материала во времени. На распределение температуры материала в процессе плавления существенное влияние оказывает сила тяжести. При наличии силы тяжести разница в плотности, вызванная разной температурой жидкости, вызывает естественный поток. Этот поток приведет к более быстрому выравниванию внутренней температуры жидкого металла; хотя гравитация космической среды чрезвычайно слаба, разница плотностей не вызовет естественного течения, а распределение температуры внутри жидкого металла будет относительно неравномерным. В этом тесте используется фазовый переход металла. В полости материала создается усиленная структура теплопередачи, которая может быстро передавать тепло внутрь металлического материала, делая его плавление более равномерным, что приводит к более однородной температуре. Результаты тестовой проверки соответствуют ожиданиям.
Помимо проверки технологии конвекционной теплопередачи и контроля температуры с фазовым переходом, в ходе этого испытания также были проверены такие ключевые технологии, как контролируемое плавление, буферизация расширения и межфазная теплопроводность металла на основе висмута в условиях космической микрогравитации.
Ключевые посты по технической терминологии
Контролируемое плавление: относится к контролируемому плавлению металлов последовательно в соответствии с заданными положениями и последовательностями.
Буферизация расширения: относится к буферизации изменения объема при изменении твердого металла в жидкости. В закрытом контуре, если это изменение объема не буферизуется, трубопровод разорвется.
Теплопроводность интерфейса: относится к крошечным зазорам, которые появляются при контакте двух твердых поверхностей. Оставшийся в этих зазорах воздух будет препятствовать передаче тепла между двумя твердыми поверхностями. Поэтому зазоры необходимо заполнить термоинтерфейсными материалами, например жидким металлом. Такое наполнение. Теплопроводность материала значительно выше, чем у воздуха, что позволяет передавать тепло между двумя твердыми поверхностями при небольшой разнице температур.
ЧАСТЬ.3
Каковы исследовательские последствия теста?
В этом проекте впервые в мире используется легкоплавкий сплав на основе висмута с высокой биобезопасностью для проведения на орбите испытаний и проверки ключевых технологий жидкометаллического космического терморегулирования. Соответствующие результаты могут быть использованы для будущих космических ядерных источников энергии, авионики с высокой плотностью мощности и гражданских систем высокой мощности. Обеспечить ключевую техническую поддержку для инженерных или промышленных приложений, которые требуют эффективной передачи и рассеивания тепла, например, в устройствах.
ЧАСТЬ 4
В каких областях вы ожидаете увидеть применение в будущем?
Достижения, достигнутые в рамках этого проекта в области конвекционного теплоотвода жидкого металла и контроля температуры с фазовым переходом, в основном направлены на инженерные нужды терморегулирования, такие как непрерывный нагрев или прерывистый нагрев под высокой нагрузкой электронных устройств с высокой плотностью теплового потока. С развитием технологий искусственного интеллекта, технологий виртуальной реальности и высокоскоростных технологий. С непрерывным развитием технологий обработки изображений потока и других областей плотность мощности электрического оборудования с этими функциями продолжает увеличиваться. Чтобы обеспечить работоспособность электрических компонентов в условиях высоких нагрузок, необходимо применять более эффективную, простую и надежную технологию отвода тепла. Этот проект Две задействованные технологии рассеивания тепла жидким металлом представляют собой экспериментальную проверку, проведенную в ответ на этот промышленный спрос, и, как ожидается, сыграют важную роль во многих областях.
картина
Источник контента: Китайский пилотируемый космический полет. Автор: Лю Гуйлинь, Институт физики и химии Китайской академии наук.
