Den termiske styringstestenheten for flytende metall innen romfartsteknologitesting ble utviklet av Institute of Physics and Chemistry Technology ved det kinesiske vitenskapsakademiet og installert i romstasjonens grunnleggende testkabinett til Mengtian Experimental Module på romstasjonen. Den bruker vismutbasert metall med lavt smeltepunkt, høy biosikkerhet og stabile kjemiske egenskaper. Utføre karakteristisk forskning og eksperimentell verifisering av strømningsvarmespredning og faseendringstemperaturkontrollteknologi i rommikrogravitasjonsmiljø.
bilde
Plasseringen av den termiske styringstestenheten for flytende metall i det grunnleggende testskapet for romfart
DEL 1
Hva er flytende metall? Hvilke prinsipper er involvert i testing?
Flytende metall er et amorft flytende metall. Det er en generell betegnelse for en serie metaller og legeringsmaterialer med lavt smeltepunkt. Det er flytende ved romtemperatur eller lavere oppvarmingstemperatur og har fluiditet. Den har sterk elektrisk ledningsevne og termisk ledningsevne. Den har egenskapene til høy effektivitet, lav viskositet og bredt væsketemperaturområde. Dette eksperimentet brukte hovedsakelig to varmespredningsprinsipper for flytende metall, nemlig konveksjonsvarmeoverføring og fast-flytende faseendrings termisk kontroll.
bilde
flytende metall
Konveksjonsvarmeoverføring betyr at flytende metall strømmer gjennom en varmeflate, absorberer overflatevarme og holder temperaturen på varmeflaten på en viss passende verdi. Den flytende metallabsorberende varmen vil varmes opp, overføre varmen til omgivelsene i en bestemt varmeavledningsanordning, og deretter gjenopprette seg. til den opprinnelige temperaturen, for derved å strømme gjennom varmeoverflaten igjen for å oppnå sirkulær strømning;
Fast-flytende faseendring termisk kontroll er en faseendring kjøleribbe installert på varmeoverflaten som smelter etter å ha absorbert varme og endres fra fast til flytende. Smelteprosessen absorberer varme, men temperaturen endres ikke, og kontrollerer dermed varmeoverflaten til en viss passende temperatur. Når varmeoverflaten ikke lenger fungerer, stivner det flytende metallet gradvis til en fast tilstand. Under størkningsprosessen forblir temperaturen uendret, men varme frigjøres. Denne varmen forsvinner gradvis ut i miljøet. Det fullstendig størknede metallet er klart for neste arbeid med varmeflaten. Den faste tilstanden Metallmaterialene som brukes til termisk kontroll av flytende fase har et lavt smeltepunkt, vanligvis under 100 grader, og kan justeres etter behov.
DEL.2
Hvilke resultater oppnådde forsøket?
I denne on-orbit-testen oppnådde konveksjonsvarmespredningstestmodulen variasjonskarakteristikkene til varmeoverføringskoeffisient med strømningshastighet, som hovedsakelig er rettet mot applikasjoner med lav strømningshastighet av små væskekretser. Før dette var det ingen pålitelige karakteristiske data for varmeoverføringskoeffisient for designere å referere til i området med lav strømningshastighet som dette testprosjektet fokuserte på. Resultatene av denne testen har fylt dette gapet;
bilde
Faseendringstemperaturkontrollmodulen oppnår temperaturendringskurven for metallmaterialets smelteprosess over tid. Temperaturfordelingen av materialet under smelteprosessen påvirkes betydelig av tyngdekraften. Når det er gravitasjon, vil tetthetsforskjellen forårsaket av forskjellige væsketemperaturer utløse en naturlig strømning. Denne strømmen Det vil føre til at den indre temperaturen til det flytende metallet blir jevnere raskere; mens tyngdekraften til rommiljøet er ekstremt svak, vil tetthetsforskjellen ikke forårsake naturlig strømning, og temperaturfordelingen inne i det flytende metallet vil være relativt ujevn. Denne testen er utstyrt med en metallfaseendring. En forbedret varmeoverføringsstruktur er satt opp i materialets hulrom, som raskt kan overføre varme til innsiden av metallmaterialet, slik at det smelter mer jevnt, noe som resulterer i en jevnere temperatur. Testverifiseringsresultatene er i tråd med forventningene.
I tillegg til å verifisere konveksjonsvarmeoverføring og faseendringstemperaturkontrollteknologi, verifiserte denne testen også nøkkelteknologier som kontrollert smelting, ekspansjonsbuffring og grensesnittvarmeledning av vismutbasert metall i rommikrogravitasjonsmiljø.
Viktige fagterminologikunnskapsposter
Kontrollert smelting: refererer til kontrollert smelting av metaller i rekkefølge i henhold til forhåndsinnstilte posisjoner og sekvenser.
Ekspansjonsbuffring: refererer til å bufre volumendringen når den faste metallvæsken endres. For en lukket krets, hvis denne volumendringen ikke er bufret, vil rørledningen briste.
Interface termisk ledningsevne: refererer til de små hullene som vil oppstå når to faste overflater er i kontakt. Den gjenværende luften i disse spaltene vil hindre overføringen av varme mellom de to faste overflatene. Derfor må hullene fylles med termiske grensesnittmaterialer, for eksempel flytende metall. Denne fyllingen Den termiske ledningsevnen til materialet er mye høyere enn luftens, slik at varme kan overføres mellom to faste overflater med en liten temperaturforskjell.
DEL.3
Hva er forskningsimplikasjonene av testen?
Dette prosjektet er første gang i verden som bruker en vismutbasert legering med lavt smeltepunkt med høy biosikkerhet for å utføre testing og verifisering av nøkkelteknologier for romtermisk styring av flytende metall. De relevante resultatene kan brukes for fremtidig kjernefysisk romkraftforsyning, flyelektronikk med høy effekttetthet og sivil høyeffekt. Gi nøkkel teknisk støtte for ingeniør- eller industrielle applikasjoner som krever effektiv varmeoverføring og -spredning, for eksempel enheter.
DEL.4
På hvilke områder forventer du å se søknader i fremtiden?
Prestasjonene oppnådd av dette prosjektet innen flytende metallkonveksjonsvarmespredning og faseendringstemperaturkontroll er hovedsakelig rettet mot tekniske termiske kontrollbehov som kontinuerlig oppvarming eller intermitterende høybelastningsoppvarming av elektroniske enheter med høy varmeflukstetthet. Med utviklingen av kunstig intelligens-teknologi, virtual reality-teknologi og høyhastighets Med den kontinuerlige utviklingen av flux bildebehandlingsteknologi og andre felt, fortsetter krafttettheten til elektrisk utstyr med disse funksjonene å øke. For å sikre arbeidsytelsen til elektriske komponenter under høye belastningsforhold, er det nødvendig å ta i bruk mer effektiv, enkel og pålitelig varmeavledningsteknologi. Dette prosjektet De to teknologiene for flytende metall varmespredning er eksperimentelle verifikasjoner utført som svar på denne industrielle etterspørselen, og forventes å spille en viktig rolle på mange felt.
bilde
Innholdskilde: China Manned Spaceflight Forfatter: Liu Guilin, Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences
