Пристрій для тестування теплового керування рідким металом у галузі випробувань аерокосмічної техніки був розроблений Інститутом фізико-хімічних технологій Академії наук Китаю та встановлений у базовій аерокосмічній випробувальній шафі експериментального модуля Mengtian космічної станції. Він використовує метал на основі вісмуту з низькою температурою плавлення, високою біобезпекою та стабільними хімічними властивостями. Провести характерні дослідження та експериментальну перевірку розсіювання тепла потоку та технології регулювання температури зміни фази в середовищі космічної мікрогравітації.
картина
Розташування випробувального пристрою керування температурою рідкого металу в аерокосмічній базовій випробувальній шафі
ЧАСТИНА 1
Що таке рідкий метал? Які принципи використовуються в тестуванні?
Рідкий метал — аморфний текучий рідкий метал. Це загальний термін для ряду металів і сплавів з низькою температурою плавлення. Він рідкий при кімнатній температурі або нижчій температурі нагрівання і має текучість. Має сильну електропровідність і теплопровідність. Він має характеристики високої ефективності, низької в'язкості та широкого діапазону температур рідини. У цьому експерименті в основному використовувалися два принципи розсіювання тепла рідкого металу, а саме конвекційний теплообмін і термоконтроль із зміною фази тверда-рідина.
картина
рідкий метал
Конвекційний теплообмін означає, що рідкий метал протікає через поверхню нагріву, поглинає тепло поверхні та підтримує температуру поверхні нагріву на певному відповідному значенні. Рідкий метал, що поглинає тепло, буде нагріватися, передавати тепло навколишньому середовищу в певному пристрої розсіювання тепла, а потім відновлюватися. до початкової температури, тим самим знову протікаючи через поверхню нагріву для досягнення кругового потоку;
Термічний контроль із зміною фази тверда рідина – це радіатор фазової зміни, встановлений на поверхні нагріву, який плавиться після поглинання тепла та перетворюється з твердого стану в рідкий. Процес плавлення поглинає тепло, але температура не змінюється, таким чином контролюючи поверхню нагріву при певній відповідній температурі. Коли поверхня нагріву більше не працює, рідкий метал поступово твердне в твердий стан. У процесі затвердіння температура залишається незмінною, але виділяється тепло. Це тепло поступово розсіюється в навколишнє середовище. Повністю застиглий метал готовий до наступної роботи поверхні нагріву. Твердий стан. Металеві матеріали, що використовуються для термоконтролю зі зміною рідкої фази, мають низьку температуру плавлення, як правило, нижче 100 градусів, і їх можна регулювати відповідно до потреб.
ЧАСТИНА 2
Яких результатів дало випробування?
У цьому випробуванні на орбіті модуль випробування конвекційного розсіювання тепла отримав характеристики зміни коефіцієнта теплопередачі з витратою, що в основному спрямовано на застосування з низькою швидкістю потоку малих контурів рідини. До цього не існувало надійних характеристик коефіцієнта теплопередачі, на які розробники могли б посилатися в області низької швидкості потоку, на якій зосереджувався цей тестовий проект. Результати цього тесту заповнили цю прогалину;
картина
Модуль контролю температури зміни фази отримує криву зміни температури процесу плавлення металевого матеріалу з часом. На розподіл температури матеріалу під час процесу плавлення істотно впливає сила тяжіння. Коли є сила тяжіння, різниця щільності, спричинена різними температурами рідини, спричинить природний потік. Цей потік призведе до того, що внутрішня температура рідкого металу швидше стане однорідною; в той час як гравітація космічного середовища надзвичайно слабка, різниця щільності не спричинить природного потоку, а розподіл температури всередині рідкого металу буде відносно нерівномірним. Цей тест оснащено зміною фази металу. Покращена структура теплопередачі встановлюється в порожнині матеріалу, яка може швидко передавати тепло всередину металевого матеріалу, завдяки чому він плавиться більш рівномірно, що призводить до більш рівномірної температури. Результати тестової перевірки відповідають очікуванням.
На додаток до перевірки конвекційної теплопередачі та технології контролю температури зі зміною фази, цей тест також перевірив ключові технології, такі як контрольоване плавлення, буферне розширення та теплопровідність міжфазного металу на основі вісмуту в середовищі космічної мікрогравітації.
Ключові посади зі знаннями технічної термінології
Контрольоване плавлення: відноситься до контрольованого плавлення металів у послідовності відповідно до заданих позицій і послідовностей.
Буферізація розширення: стосується буферизації зміни об’єму, коли змінюється металева тверда рідина. Для замкнутого контуру, якщо ця зміна обсягу не буферизується, трубопровід лопне.
Теплопровідність межі розділу: стосується крихітних проміжків, які з’являються під час контакту двох твердих поверхонь. Повітря, що залишилося в цих зазорах, перешкоджатиме передачі тепла між двома твердими поверхнями. Тому щілини потрібно заповнити термоінтерфейсними матеріалами, такими як рідкий метал. Це наповнення Теплопровідність матеріалу значно вища, ніж у повітря, що дозволяє передавати тепло між двома твердими поверхнями з невеликою різницею температур.
ЧАСТИНА 3
Які дослідницькі наслідки тесту?
Цей проект є першим у світі випадком використання сплаву на основі вісмуту з низькою температурою плавлення з високою біобезпекою для проведення орбітальних випробувань і перевірки ключових технологій управління космічним теплом на рідкому металі. Відповідні результати можуть бути використані для майбутніх космічних ядерних джерел енергії, авіоніки високої щільності потужності та цивільної високої потужності. Забезпечення ключової технічної підтримки для інженерних або промислових застосувань, які вимагають ефективної передачі та розсіювання тепла, наприклад пристроїв.
ЧАСТИНА 4
У яких сферах ви очікуєте застосування в майбутньому?
Досягнення, досягнуті цим проектом у розсіюванні тепла конвекцією рідкого металу та контролі температури зміни фази, в основному спрямовані на потреби інженерного теплового контролю, такі як безперервне нагрівання або періодичне нагрівання високого навантаження електронних пристроїв з високою щільністю теплового потоку. З розвитком технології штучного інтелекту, технології віртуальної реальності та високошвидкісного. З безперервним розвитком технології обробки потокових зображень та інших галузей питома потужність електричного обладнання з цими функціями продовжує зростати. Щоб забезпечити працездатність електричних компонентів в умовах високого навантаження, необхідно прийняти більш ефективну, просту та надійну технологію розсіювання тепла. Цей проект. Дві задіяні технології розсіювання тепла рідкими металами є експериментальними перевірками, які проводяться у відповідь на цей промисловий попит, і очікується, що вони відіграватимуть важливу роль у багатьох галузях.
картина
Джерело вмісту: China Manned Spaceflight Автор: Лю Гуйлінь, Інститут фізики та хімії Китайської академії наук
