O dispositivo de teste de gerenciamento térmico de metal líquido no campo de testes de tecnologia aeroespacial foi desenvolvido pelo Instituto de Tecnologia Física e Química da Academia Chinesa de Ciências e instalado no gabinete de testes básicos aeroespaciais do Módulo Experimental Mengtian da estação espacial. Utiliza metal à base de bismuto com baixo ponto de fusão, alta biossegurança e propriedades químicas estáveis. Realizar pesquisas características e verificação experimental de dissipação de calor de fluxo e tecnologia de controle de temperatura de mudança de fase em ambiente de microgravidade espacial.
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A localização do dispositivo de teste de gerenciamento térmico de metal líquido no gabinete de teste básico aeroespacial
PARTE 1
O que é metal líquido? Que princípios estão envolvidos nos testes?
O metal líquido é um metal líquido amorfo e fluido. É um termo geral para uma série de metais e materiais de liga de baixo ponto de fusão. É líquido à temperatura ambiente ou temperatura de aquecimento mais baixa e possui fluidez. Possui forte condutividade elétrica e condutividade térmica. Possui características de alta eficiência, baixa viscosidade e ampla faixa de temperatura do líquido. Este experimento utilizou principalmente dois princípios de dissipação de calor do metal líquido, ou seja, transferência de calor por convecção e controle térmico de mudança de fase sólido-líquido.
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metal líquido
A transferência de calor por convecção significa que o metal líquido flui através de uma superfície de aquecimento, absorve o calor da superfície e mantém a temperatura da superfície de aquecimento em um determinado valor apropriado. O calor absorvente do metal líquido aquecerá, transferirá o calor para o ambiente em um determinado dispositivo de dissipação de calor e depois se recuperará. à temperatura inicial, fluindo assim novamente através da superfície de aquecimento para obter um fluxo circular;
O controle térmico de mudança de fase sólido-líquido é um dissipador de calor de mudança de fase instalado na superfície de aquecimento que derrete após absorver o calor e muda de sólido para líquido. O processo de fusão absorve calor, mas a temperatura não muda, controlando assim a superfície de aquecimento a uma determinada temperatura apropriada. Quando a superfície de aquecimento não funciona mais, o metal líquido solidifica gradualmente até o estado sólido. Durante o processo de solidificação, a temperatura permanece inalterada, mas o calor é liberado. Esse calor se dissipa gradualmente no meio ambiente. O metal completamente solidificado está pronto para o próximo trabalho de superfície de aquecimento. O estado sólido Os materiais metálicos utilizados para controle térmico de mudança de fase líquida têm baixo ponto de fusão, geralmente abaixo de 100 graus, e podem ser ajustados de acordo com as necessidades.
PARTE 2
Que resultados o ensaio alcançou?
Neste teste em órbita, o módulo de teste de dissipação de calor por convecção obteve as características de variação do coeficiente de transferência de calor com a vazão, que se destina principalmente a aplicações de baixa vazão em pequenos circuitos de fluidos. Antes disso, não havia dados característicos confiáveis do coeficiente de transferência de calor para os projetistas consultarem na área de baixa vazão na qual este projeto de teste se concentrava. Os resultados deste teste preencheram esta lacuna;
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O módulo de controle de temperatura de mudança de fase obtém a curva de mudança de temperatura do processo de fusão do material metálico com o tempo. A distribuição de temperatura do material durante o processo de fusão é significativamente afetada pela gravidade. Quando há gravidade, a diferença de densidade causada pelas diferentes temperaturas do fluido irá desencadear um fluxo natural. Este fluxo fará com que a temperatura interna do metal líquido se uniformize mais rapidamente; embora a gravidade do ambiente espacial seja extremamente fraca, a diferença de densidade não causará fluxo natural e a distribuição de temperatura dentro do metal líquido será relativamente desigual. Este teste é equipado com uma mudança de fase metálica. Uma estrutura aprimorada de transferência de calor é instalada na cavidade do material, que pode transferir calor rapidamente para o interior do material metálico, fazendo com que ele derreta de maneira mais uniforme, resultando em uma temperatura mais uniforme. Os resultados da verificação do teste estão em linha com as expectativas.
Além de verificar a transferência de calor por convecção e a tecnologia de controle de temperatura de mudança de fase, este teste também verificou tecnologias importantes, como fusão controlada, buffer de expansão e condução térmica de interface de metal à base de bismuto em ambiente de microgravidade espacial.
Principais postagens de conhecimento de terminologia técnica
Fusão controlada: refere-se à fusão controlada de metais em sequência de acordo com posições e sequências predefinidas.
Buffer de expansão: refere-se ao buffer da mudança de volume quando o metal sólido líquido muda. Para um circuito fechado, se esta alteração de volume não for armazenada em buffer, o pipeline irá estourar.
Condutividade térmica da interface: refere-se às pequenas lacunas que aparecerão quando duas superfícies sólidas estiverem em contato. O ar remanescente nessas lacunas dificultará a transferência de calor entre as duas superfícies sólidas. Portanto, as lacunas precisam ser preenchidas com materiais de interface térmica, como metal líquido. Este enchimento A condutividade térmica do material é muito superior à do ar, permitindo a transferência de calor entre duas superfícies sólidas com pequena diferença de temperatura.
PARTE.3
Quais são as implicações de pesquisa do teste?
Este projeto é a primeira vez no mundo a usar uma liga à base de bismuto de baixo ponto de fusão e alta biossegurança para realizar testes em órbita e verificação de tecnologias-chave para gerenciamento térmico de espaços de metal líquido. Os resultados relevantes podem ser usados para futuros suprimentos de energia nuclear espacial, aviônicos de alta densidade de potência e alta potência civil. Fornecer suporte técnico fundamental para aplicações de engenharia ou industriais que exigem transferência e dissipação de calor eficientes, como dispositivos.
PARTE.4
Em que áreas você espera ver aplicações no futuro?
As conquistas alcançadas por este projeto na dissipação de calor por convecção de metal líquido e no controle de temperatura de mudança de fase visam principalmente às necessidades de controle térmico de engenharia, como aquecimento contínuo ou aquecimento intermitente de alta carga de dispositivos eletrônicos de alta densidade de fluxo de calor. Com o desenvolvimento da tecnologia de inteligência artificial, tecnologia de realidade virtual e alta velocidade. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de processamento de imagem de fluxo e outros campos, a densidade de potência dos equipamentos elétricos com essas funções continua a aumentar. Para garantir o desempenho de funcionamento dos componentes elétricos sob condições de alta carga, é necessário adotar uma tecnologia de dissipação de calor mais eficiente, simples e confiável. Este projeto As duas tecnologias de dissipação de calor de metal líquido envolvidas são verificações experimentais realizadas em resposta a esta demanda industrial e deverão desempenhar um papel importante em muitos campos.
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Fonte de conteúdo: Voo espacial tripulado na China Autor: Liu Guilin, Instituto de Física e Química, Academia Chinesa de Ciências
