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熱沉—提供準確地環境模擬

    熱沉是空間環境模擬試驗設備的重要組成部分,為航天器地面真空熱環境模擬試驗提供冷黑環境。熱沉通常置于一個超高真空容器內,工作環境是:低溫(-196℃)、高溫(+100℃)、高壓(內壓可達1.6MPa),這就要求熱沉材料不但具有良好的低溫性能(強度和可塑性),還應具有優良的焊接性能,保證焊縫在長期冷熱交變下仍能保持良好的真空氣密性。此外,材料本身導熱性應比較好,在真空條件下出氣率比較低,才能保證熱沉在室溫和高溫下容易抽真空。因此,能用來做熱沉的材料只有銅及其合金、鋁及其合金以及奧氏體不銹鋼3類。
    我國現有熱沉多為銅熱沉,銅雖然具有優異的熱傳導性能,但真空下表面出氣率較高,加工工藝落后,焊接時需大量昂貴的銀焊條。鋁有優良的導熱性,還有重量輕、成本低等特點,國外許多熱沉都是鋁熱沉。而不銹鋼的低溫機械性能優越,真空下出氣率低,亦是一種新型熱沉的發展方向。國內2000年之后建成的一些大型空間環境模擬設備,如XX6、XX5A等有采用鋁結構和不銹鋼管-銅翅片結構的熱沉。

鋁制(平行流)熱沉

    我單位主要研制一種新型的鋁制(平行流)熱沉,其特點是:內部低溫工質的流通通道為平行流通道。在組成熱沉片時,平行流通道與封條可以等間距或不等間距排列,與上下面板整體釬焊后再卷制成需要的弧形或圓筒形,然后通過氬弧焊與總管連接。這種結構曾應用于XX6的冷屏。


    與傳統熱沉相比,平行流熱沉傳熱性能好。尤其在低溫工況下,鋁的導熱系數比銅還要好(20~-253ºC,純鋁150-11700W/m·ºC ,銅395-10800W/m·ºC)。盡管與同尺寸的傳統熱沉輻射面積相等,但平行流熱沉的平行流通道的當量直徑?。?.6mm-5mm),且通道內部設計有輔助傳熱翅片,實際傳熱面積比傳統熱沉大。這兩個因素大大提高了平行流熱沉的傳熱性能。
 
   
    平行流熱沉實際是一平行流換熱器,工質內部通道長度基本一致,多路工質并行流動,工質的流通面積大,流動長度短,工質在整個工作面****動分布均勻,因而工質的流阻小,熱沉表面溫度分布均勻。
    同時,平行流通道內部翅片不僅有輔助傳熱的作用,還是通道上下結構的加強筋,平行流通道部件****爆破壓力可達到12MPa。

不銹鋼夾套式熱沉

   我單位研制的不銹鋼夾套式熱沉由兩層不銹鋼板和中間的不銹鋼支撐條一起滾焊而成,其中的支撐條不僅起到分隔液氮流通路徑的作用,還增強了筒體耐壓能力。由支撐條分割出的液氮流通通道幾何尺寸相同,液氮的流動長度相同,故各通道流阻相同,液氮在熱沉壁面內分布均勻,無流動死區,從而這種熱沉結構壁面溫度更均勻。

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