Nestemäisen metallin lämmönhallintatestauslaite ilmailuteknologian testauksen alalla on Kiinan tiedeakatemian fysiikan ja kemian teknologian instituutin kehittämä ja asennettu avaruusaseman Mengtian Experimental Module -avaruusalan perustestikaappiin. Se käyttää vismuttipohjaista metallia, jolla on alhainen sulamispiste, korkea bioturvallisuus ja vakaat kemialliset ominaisuudet. Suorita virtauslämmönpoisto- ja faasimuutoslämpötilan säätötekniikan tunnusomaista tutkimusta ja kokeellista todentamista avaruuden mikrogravitaatioympäristössä.
kuva
Nestemäisen metallin lämmönhallintatestilaitteen sijainti ilmailun perustestihuoneessa
OSA 1
Mikä on nestemäinen metalli? Mitä periaatteita testaukseen liittyy?
Nestemäinen metalli on amorfinen, virtaava nestemäinen metalli. Se on yleinen termi matalan sulamispisteen metallien ja seosmateriaalien sarjalle. Se on nestemäistä huoneenlämpötilassa tai alemmassa lämmityslämpötilassa ja on juoksevaa. Sillä on vahva sähkönjohtavuus ja lämmönjohtavuus. Sillä on korkea hyötysuhde, alhainen viskositeetti ja laaja nesteen lämpötila-alue. Tässä kokeessa käytettiin pääasiassa kahta nestemäisen metallin lämmönpoistoperiaatetta, nimittäin konvektiolämmönsiirtoa ja kiinteä-nestefaasimuutoslämpösäätöä.
kuva
nestemäinen metalli
Konvektiolämmönsiirto tarkoittaa, että nestemäinen metalli virtaa lämmityspinnan läpi, imee pintalämpöä ja pitää lämmityspinnan lämpötilan tietyssä sopivassa arvossa. Nestemäinen metalli, joka imee lämpöä, lämpenee, siirtää lämmön ympäristöön tietyssä lämmönpoistolaitteessa ja sitten palautuu. alkulämpötilaan, jolloin se virtaa uudelleen lämmityspinnan läpi pyöreän virtauksen saavuttamiseksi;
Kiinteä-neste-faasimuutoslämpösäätö on lämmityspintaan asennettu faasimuutosjäähdytyselementti, joka sulaa absorboituessaan lämpöä ja muuttuu kiinteästä nestemäiseksi. Sulamisprosessi imee lämpöä, mutta lämpötila ei muutu, jolloin lämmityspinta säätelee tietyssä sopivassa lämpötilassa. Kun lämmityspinta ei enää toimi, nestemäinen metalli jähmettyy vähitellen kiinteään tilaan. Kiinteytysprosessin aikana lämpötila pysyy muuttumattomana, mutta lämpöä vapautuu. Tämä lämpö haihtuu vähitellen ympäristöön. Täysin jähmettynyt metalli on valmis seuraavaan lämmityspinnan työhön. Kiinteä tila Nestefaasin muutoksen lämmönsäätöön käytetyillä metallimateriaaleilla on alhainen sulamispiste, yleensä alle 100 astetta, ja niitä voidaan säätää tarpeiden mukaan.
OSA 2
Mitä tuloksia kokeessa saavutettiin?
Tässä kiertoradalla tehdyssä testissä konvektiolämmön hajoamistestimoduuli sai lämmönsiirtokertoimen vaihteluominaisuudet virtausnopeudella, mikä on pääasiassa tarkoitettu pienten nestepiirien alhaisen virtausnopeuksille. Tätä ennen ei ollut luotettavia lämmönsiirtokertoimien ominaisuustietoja, joihin suunnittelijat voisivat viitata alhaisen virtausnopeuden alueella, johon tämä testiprojekti keskittyi. Tämän testin tulokset ovat täyttäneet tämän aukon;
kuva
Vaiheenmuutoslämpötilan säätömoduuli saa metallimateriaalin sulamisprosessin lämpötilamuutoskäyrän ajan myötä. Painovoima vaikuttaa merkittävästi materiaalin lämpötilajakaumaan sulatusprosessin aikana. Kun on painovoimaa, nesteen eri lämpötilojen aiheuttama tiheysero laukaisee luonnollisen virtauksen. Tämä virtaus Se saa nestemäisen metallin sisäisen lämpötilan tasaantumaan nopeammin; kun avaruusympäristön painovoima on erittäin heikko, tiheysero ei aiheuta luonnollista virtausta ja lämpötilan jakautuminen nestemäisen metallin sisällä on suhteellisen epätasainen. Tämä testi on varustettu metallifaasimuutoksella Materiaalin onteloon rakennetaan tehostettu lämmönsiirtorakenne, joka pystyy nopeasti siirtämään lämpöä metallimateriaalin sisäpuolelle, jolloin se sulaa tasaisemmin, jolloin lämpötila on tasaisempi. Testin varmistustulokset ovat odotusten mukaiset.
Konvektiolämmönsiirron ja faasimuutoslämpötilan säätötekniikan todentamisen lisäksi tämä testi vahvisti myös avainteknologiat, kuten hallitun sulatuksen, paisuntapuskuroinnin ja vismuttipohjaisen metallin rajapinnan lämmönjohtavuuden avaruuden mikrogravitaatioympäristössä.
Keskeiset teknisen terminologian tietämyksen virat
Ohjattu sulatus: tarkoittaa metallien hallittua sulamista peräkkäin ennalta asetettujen paikkojen ja sekvenssien mukaisesti.
Paisuntapuskurointi: tarkoittaa tilavuuden muutoksen puskurointia kiinteän metallin nesteen muuttuessa. Jos tätä tilavuuden muutosta ei puskuroida suljetussa piirissä, putkisto halkeaa.
Rajapinnan lämmönjohtavuus: viittaa pieniin rakoihin, jotka syntyvät, kun kaksi kiinteää pintaa koskettavat. Näissä rakoissa jäljellä oleva ilma estää lämmön siirtymisen kahden kiinteän pinnan välillä. Siksi raot on täytettävä lämpörajapintamateriaaleilla, kuten nestemäisellä metallilla. Tämä täyte Materiaalin lämmönjohtavuus on paljon korkeampi kuin ilman, mikä mahdollistaa lämmön siirtymisen kahden kiinteän pinnan välillä pienellä lämpötilaerolla.
OSA 3
Mitkä ovat testin tutkimusvaikutukset?
Tämä projekti on ensimmäinen kerta maailmassa, jossa käytetään matalan sulamispisteen vismuttipohjaista metalliseosta, jolla on korkea bioturvallisuus, suorittamaan kiertoradalla tapahtuvaa testausta ja nestemetallin tilan lämmönhallinnan keskeisten teknologioiden todentamista. Asiaankuuluvia tuloksia voidaan käyttää tulevissa avaruusydinvoimalähteissä, korkean tehotiheyden avioniikassa ja siviilikäyttöön tarkoitetuissa suuritehoisissa. Tarjoa keskeistä teknistä tukea teknisille tai teollisille sovelluksille, jotka vaativat tehokasta lämmönsiirtoa ja -häviötä, kuten laitteisiin.
OSA.4
Millä aloilla odotat näkeväsi hakemuksia tulevaisuudessa?
Tällä projektilla saavutetut saavutukset nestemäisen metallin konvektiolämmönpoistossa ja faasimuutoslämpötilan hallinnassa kohdistuvat pääasiassa teknisiin lämmönsäätötarpeisiin, kuten jatkuvaan lämmitykseen tai korkean lämpötiheyden elektronisten laitteiden jaksoittaiseen suuren kuormituksen lämmitykseen. Tekoälyteknologian, virtuaalitodellisuusteknologian ja nopean kehityksen myötä Flux-kuvankäsittelytekniikan ja muiden alojen jatkuvan kehityksen myötä näitä toimintoja sisältävien sähkölaitteiden tehotiheys kasvaa edelleen. Sähkökomponenttien toimintakyvyn varmistamiseksi korkean kuormituksen olosuhteissa on tarpeen ottaa käyttöön tehokkaampi, yksinkertaisempi ja luotettavampi lämmönpoistotekniikka. Tämä projekti Kaksi nestemäisen metallin lämmönpoistotekniikkaa ovat kokeellisia todennuksia, jotka on tehty vastauksena tähän teolliseen kysyntään, ja niillä odotetaan olevan tärkeä rooli monilla aloilla.
kuva
Sisällön lähde: Kiinan miehitetty avaruuslento Tekijä: Liu Guilin, Fysiikan ja kemian instituutti, Kiinan tiedeakatemia
