一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管的制作方法

1.本发明属于高超声速飞行器热防护领域，涉及到一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管。


背景技术：

2.高超声速飞行器在大气层中以高超声速(大于5马赫)飞行时，会经历严酷的气动热、燃烧热以及大功耗电子元件散热的考验，飞行器热防护问题变得尤为重要。在诸多热防护方法中，高温热管是一种重要的半被动式热防护方法，可以适应于飞行器中高温、高热流密度及长时间加热的严苛条件。热管的工作原理是：热量在受热区域被热管蒸发端所吸收而气化为蒸气、在内部压差作用下流向冷端冷凝并排出热量，冷凝后的工质在吸液芯毛细作用下沿管壁返回受热区以形成流动和热量传递的循环。在现有高温热管应用于高超声速飞行器热防护的方案中，绝大多数针对对象是飞行器的前缘驻点，用于飞行器表面的气动加热热防护，这种构型的热管基本上是在经典圆柱式热管结构改进而来，并进行了与前缘结构一体化的设计。
3.但是，在高超声速飞行器热防护中，除了表面的气动加热，燃料燃烧产生的燃烧热所导致的发动机部件(燃烧室、喷管等)壁面热防护问题也具有显著的高温(1000k～3000k)、高热流密度(1000w/cm2以上)的特点。这些部位的热防护问题，面临着结构复杂、空间狭小、散热区与受热区位置间隔较远等问题，因此，传统构型的热管并不能适用于上述部位的热防护。
4.环路热管采用气液管道分离的流动方式，它只在蒸发器内布置毛细芯，将传统热管毛细芯的毛细抽吸功能与液体回流功能分离，大大提升了热管的毛细极限，因此具有长距离输送热量的突出特点，在航天器热控和电子设备元件散热等领域有着广泛的应用。但是，现有环路热管仅应用于中低温(小于300℃)领域的传热，尚未见应用于高温(大于500℃)领域的传热。并且，从已报道的环路热管中现有的蒸发器布置方式来看，这些布置方式并不适用于高温、高热流密度条件下的传热，容易突破热管的沸腾极限，导致加热面出现干烧、热管失效的安全事故。


技术实现要素：

5.本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管。该具有新型蒸发器布置方式的环路热管运行温度高、热阻低和传热效率高等优点。
6.本发明的方案如下：
7.一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管，包括依次首尾连接成环路的蒸发器、蒸气管路、冷凝器和液体管路。
8.所述的蒸发器由蒸发腔、受热面、吸液芯、储液腔和工质充注口构成，蒸发器底面为平板型设计，且蒸发器内部腔室左右分隔成蒸发腔和储液腔，但为底面铺设吸液芯预留
一定间隙；蒸发腔底部为蒸发受热面，储液腔内储存有液体工质，且储液腔上设置工质充注口；蒸发腔和储液腔底面铺有吸液芯并连通起来，所述的吸液芯还铺设于储液腔靠近蒸发腔一侧的侧面。
9.所述的高温环路热管工质一般采用碱金属(钠、钾、锂)、钠钾合金或银。
10.所述的吸液芯结构优先选择丝网型，更有益于利用液态金属较大的表面张力。
11.本发明的有益效果：
12.1、本具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管只在蒸发器内布置吸液芯，吸液芯将分隔的蒸发腔和储液腔连通，此设计一方面有效避免了蒸发腔内液体层过厚容易导致壁面处的核态沸腾进而超过热管沸腾极限。另一方面液体经过光滑内壁管线回流到储液腔，而不是像传统热管需流经阻力很大的吸液芯，流动压降显著降低，大大提升了热管的毛细极限，保证了液体工质能顺利回流到储液腔并源源不断的抽吸到蒸发受热面，从而有效避免了热管的蒸干失效。
13.2、在靠近蒸发腔一侧的储液腔的侧面铺设有连接到储液腔顶部的吸液芯，使得热管的吸液芯在各种倾角下都能接触到储液腔内的工质，满足飞行器在不同飞行姿态下的热管变倾角稳定工作的要求；
14.3、蒸气管路和液体管路仅仅分别实现气体工质和液体工质的输送功能，可以对其进行异型、与机体结构一体化设计，以适应飞行器内部复杂结构。
15.本发明也可用于其他具有高温、高热流密度的热疏导、热防护、余热利用等领域。
附图说明
16.图1是一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管结构示意图。
17.图中：1蒸气管路；2冷凝器；3液体管路；4蒸发器；5蒸发腔；6受热面；7吸液芯；8储液腔；9工质充注口。
具体实施方式
18.以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
19.一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管，主要由蒸气管路1、冷凝器2、液体管路3和蒸发器4组成。
20.所述的新型布置方式的蒸发器由蒸发腔5、受热面6、吸液芯7、储液腔8和工质充注口9构成，工质充注口9用于抽真空及注入工作介质。吸液芯7将储液腔8中的液体工质输送至受热面6，受热面6处的液体工质受热蒸发之后，气态工质进入蒸发腔5，经蒸气管路1进入冷凝器2，气态工质在冷凝器2处向外排热之后相变为液态，在吸液芯7的毛细力抽吸作用下经液体管路3返回储液腔8，完成循环流动。
21.所述的高温环路热管工质采用碱金属钠。
22.所述的吸液芯结构优先选择丝网型，更有益于利用液态金属较大的表面张力。


技术特征：
1.一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管，包括依次首尾连接形成环路的蒸气管路(1)、冷凝器(2)、液体管路(3)和蒸发器(4)，其特征在于，所述蒸发器(4)底面为平板型设计，且蒸发器(4)内部腔室左右分隔为蒸发腔(5)和储液腔(8)，但为底面铺设吸液芯(7)预留一定间隙；蒸发腔(5)底面为受热面(6)，蒸发腔(5)和储液腔(8)的底面均铺设吸液芯(7)并连通起来，所述的吸液芯(7)还铺设于储液腔(8)靠近蒸发腔(5)一侧的侧面，所述的储液腔(8)内储存有液体工质，且储液腔(8)上设置工质充注口(9)。2.根据权利要求1所述的一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管，其特征在于，所述的高温环路热管工质为碱金属、钠钾合金或银。3.根据权利要求1或2所述的一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管，其特征在于，所述的吸液芯(7)结构为丝网型。

技术总结
本发明提供一种具有新型蒸发器布置方式的高温环路热管，属于属于高超声速飞行器热防护领域。所述的高温环路热管包括依次首尾连接成环路的蒸发器、蒸气管路、冷凝器和液体管路。所述的蒸发器由蒸发腔、受热面、吸液芯、储液腔和工质充注口构成，蒸发器底面为平板型设计，且蒸发器内部腔室左右分隔成蒸发腔和储液腔，但为底面铺设吸液芯预留一定间隙；蒸发腔底部为蒸发受热面，储液腔内储存有液体工质，且储液腔上设置工质充注口；蒸发腔和储液腔底面铺有吸液芯并连通起来，所述的吸液芯还铺设于储液腔靠近蒸发腔一侧的侧面。液腔靠近蒸发腔一侧的侧面。液腔靠近蒸发腔一侧的侧面。


技术研发人员：郭向吉 林鹏 杨程翔 张博
受保护的技术使用者：中国航空研究院
技术研发日：2021.12.13
技术公布日：2022/3/29