Havacılık ve uzay teknolojisi testleri alanındaki sıvı metal termal yönetim test cihazı, Çin Bilimler Akademisi Fizik ve Kimya Teknolojisi Enstitüsü tarafından geliştirildi ve uzay istasyonunun Mengtian Deneysel Modülünün havacılık temel test kabinine yerleştirildi. Düşük erime noktasına, yüksek biyogüvenliğe ve kararlı kimyasal özelliklere sahip bizmut bazlı metal kullanır. Uzay mikro yerçekimi ortamında akış ısı dağılımı ve faz değişimi sıcaklık kontrol teknolojisinin karakteristik araştırmasını ve deneysel doğrulamasını gerçekleştirin.
resim
Sıvı metal termal yönetim test cihazının havacılık temel test kabinindeki konumu
BÖLÜM 1
Sıvı metal nedir? Test etmede hangi ilkeler yer alır?
Sıvı metal, şekilsiz, akıcı bir sıvı metaldir. Bir dizi düşük erime noktalı metal ve alaşımlı malzeme için genel bir terimdir. Oda sıcaklığında veya daha düşük ısıtma sıcaklığında sıvıdır ve akışkanlığa sahiptir. Güçlü elektriksel iletkenliğe ve termal iletkenliğe sahiptir. Yüksek verim, düşük viskozite ve geniş sıvı sıcaklık aralığı özelliklerine sahiptir. Bu deneyde esas olarak sıvı metalin iki ısı yayılım ilkesi, yani konveksiyonla ısı transferi ve katı-sıvı faz değişimi termal kontrolü kullanıldı.
resim
sıvı metal
Konveksiyonla ısı transferi, sıvı metalin bir ısıtma yüzeyinden akması, yüzey ısısını absorbe etmesi ve ısıtma yüzeyinin sıcaklığını belirli bir uygun değerde tutması anlamına gelir. Isıyı emen sıvı metal ısınacak, ısıyı belirli bir ısı dağıtma cihazında çevreye aktaracak ve sonra geri kazanılacaktır. başlangıç sıcaklığına ulaşır, böylece dairesel akış elde etmek için ısıtma yüzeyinden tekrar akar;
Katı-sıvı faz değişimi termal kontrolü, ısıyı emdikten sonra eriyen ve katıdan sıvıya dönüşen, ısıtma yüzeyine monte edilen bir faz değişimli ısı emicidir. Eritme işlemi ısıyı emer ancak sıcaklık değişmez, böylece ısıtma yüzeyi belirli bir uygun sıcaklıkta kontrol edilir. Isıtma yüzeyi artık çalışmadığında, sıvı metal yavaş yavaş katı hale geçerek katılaşır. Katılaşma sürecinde sıcaklık değişmez ancak ısı açığa çıkar. Bu ısı yavaş yavaş çevreye yayılır. Tamamen katılaşmış metal, ısıtma yüzeyinin bir sonraki çalışması için hazırdır. Katı hal Sıvı faz değişimi termal kontrolü için kullanılan metal malzemeler düşük bir erime noktasına sahiptir, genellikle 100 derecenin altındadır ve ihtiyaca göre ayarlanabilir.
BÖLÜM 2
Deneme hangi sonuçları elde etti?
Bu yörünge testinde, konveksiyonla ısı yayılımı test modülü, esas olarak küçük akışkan devrelerinin düşük akış hızı uygulamalarını amaçlayan ısı transfer katsayısının akış hızıyla değişim özelliklerini elde etti. Bundan önce, bu test projesinin odaklandığı düşük akış hızı alanında tasarımcıların başvurabileceği güvenilir bir ısı transfer katsayısı karakteristik verisi yoktu. Bu testin sonuçları bu boşluğu doldurdu;
resim
Faz değişim sıcaklığı kontrol modülü, metal malzeme erime prosesinin zamanla sıcaklık değişim eğrisini elde eder. Eritme işlemi sırasında malzemenin sıcaklık dağılımı yerçekiminden önemli ölçüde etkilenir. Yerçekimi olduğunda, farklı akışkan sıcaklıklarından kaynaklanan yoğunluk farkı doğal bir akışı tetikleyecektir. Bu akış, sıvı metalin iç sıcaklığının daha hızlı bir şekilde tekdüze hale gelmesine neden olacaktır; uzay ortamının yerçekimi son derece zayıfken, yoğunluk farkı doğal akışa neden olmayacak ve sıvı metalin içindeki sıcaklık dağılımı nispeten dengesiz olacaktır. Bu test, bir metal faz değişimi ile donatılmıştır. Malzemenin boşluğunda, ısıyı metal malzemenin içine hızlı bir şekilde aktarabilen, daha düzgün bir şekilde erimesini sağlayan ve daha düzgün bir sıcaklık sağlayan gelişmiş bir ısı transfer yapısı kurulmuştur. Test doğrulama sonuçları beklentilerle uyumludur.
Bu test, konveksiyonla ısı transferini ve faz değişimi sıcaklık kontrol teknolojisini doğrulamanın yanı sıra, kontrollü erime, genleşme tamponlaması ve uzay mikro yerçekimi ortamında bizmut bazlı metalin arayüz termal iletimi gibi temel teknolojileri de doğruladı.
Temel teknik terminoloji bilgisi gönderileri
Kontrollü erime: metallerin önceden belirlenmiş konumlara ve dizilere göre kontrollü olarak eritilmesini ifade eder.
Genleşme tamponlaması: metal katı sıvı değiştiğinde hacim değişiminin tamponlanması anlamına gelir. Kapalı bir devre için bu hacim değişikliği tamponlanmazsa boru hattı patlayacaktır.
Arayüz termal iletkenliği: İki katı yüzey temas ettiğinde ortaya çıkacak küçük boşlukları ifade eder. Bu boşluklarda kalan hava, iki katı yüzey arasındaki ısı transferini engelleyecektir. Bu nedenle boşlukların sıvı metal gibi termal arayüz malzemeleriyle doldurulması gerekir. Bu dolgu, malzemenin ısıl iletkenliğinin havanınkinden çok daha yüksek olması, ısının iki katı yüzey arasında küçük bir sıcaklık farkıyla aktarılmasına olanak sağlar.
BÖLÜM.3
Testin araştırma sonuçları nelerdir?
Bu proje, dünyada ilk kez, sıvı metal uzay termal yönetimi için yörünge testleri ve temel teknolojilerin doğrulanması amacıyla yüksek biyogüvenliğe sahip, düşük erime noktalı bizmut bazlı bir alaşımın kullanıldığı ilk projedir. İlgili sonuçlar gelecekteki uzay nükleer güç kaynakları, yüksek güç yoğunluklu aviyonikler ve sivil yüksek güçlü cihazlar gibi verimli ısı transferi ve dağıtımı gerektiren mühendislik veya endüstriyel uygulamalar için temel teknik destek sağlamak için kullanılabilir.
BÖLÜM.4
Gelecekte hangi alanlarda uygulamalar görmeyi bekliyorsunuz?
Bu projeyle sıvı metal konveksiyonla ısı dağıtımı ve faz değişimi sıcaklık kontrolünde elde edilen başarılar, temel olarak yüksek ısı akısı yoğunluklu elektronik cihazların sürekli ısıtılması veya aralıklı yüksek yükte ısıtılması gibi mühendislik termal kontrol ihtiyaçlarına yöneliktir. Yapay zeka teknolojisinin, sanal gerçeklik teknolojisinin ve yüksek hızın gelişmesiyle birlikte, akış görüntü işleme teknolojisinin ve diğer alanların sürekli gelişmesiyle birlikte, bu işlevlere sahip elektrikli ekipmanların güç yoğunluğu da artmaya devam ediyor. Elektrikli bileşenlerin yüksek yük koşullarında çalışma performansını sağlamak için daha verimli, basit ve güvenilir ısı dağıtma teknolojisinin benimsenmesi gerekmektedir. Bu proje İlgili iki sıvı metal ısı dağıtma teknolojisi, bu endüstriyel talebe yanıt olarak gerçekleştirilen deneysel doğrulamalardır ve birçok alanda önemli bir rol oynaması beklenmektedir.
resim
İçerik kaynağı: Çin İnsanlı Uzay Uçuşu Yazar: Liu Guilin, Fizik ve Kimya Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
