CN102717903B - 蜂窝型不锈钢胀板热沉 - Google Patents

Abstract

一种蜂窝型不锈钢胀板热沉，包括蜂窝型不锈钢胀板结构以及设置在该结构两侧的进液总管和出液总管、进液总管与出液总管分别通过进液支管和出液支管与上述胀板结构中的蜂窝型流道相连通，蜂窝型不锈钢胀板结构包括两块四周密封焊接的不锈钢换热板以及两块不锈钢换热板之间的整个空间内等间距以阵列形式焊接设置的多排圆柱形扰流柱，每两排圆柱形扰流柱之间的不锈钢换热板受压膨胀向外突出形成凸透镜截面形状，从而在整个蜂窝型不锈钢胀板结构中形成蜂窝型流道。与现有的管板式热沉相比，本发明的热沉能经受的最大内压为1.6MPa，显著增加热沉对流换热面积，可使热沉壁面温度均匀性优于±2K；且其结构易于加工布置，能够缩短加工周期和增强设备通用性。

Description

蜂窝型不锈钢胀板热沉

技术领域

本发明属于空间环境模拟领域，具体涉及一种用于模拟空间黑背景和深冷环境的热控制设备。

背景技术

航天器在发射之前需要进行充分的空间环境试验来验证航天器的可靠性。空间环模设备主要模拟空间的真空、冷黑等外部环境，以用于进行航天器的热真空和热平衡试验。其中，热沉是空间环模设备中模拟空间冷黑环境的核心部件，通常，热沉的表面需要喷涂特制的黑漆以保证其太阳吸收率和半球发射率，同时，通过向热沉中通入液氮等冷却介质来模拟空间的深冷环境。

目前，国内空间环境模拟设备中通常采用管板式热沉，该种结构的热沉由铝、铜或不锈钢管焊接铜翅片而制成的数片管板结构拼接而成，通过在圆管上加铜翅片的方式强化传热。但是，由于铜翅片是圆管外的二次表面，在增加传热面积达到强化传热的同时增大了传热热阻，使得该种结构的热沉承受热负荷能力差，热沉温度均匀性不易控制，温度均匀性一般为±5K，并且加工周期较长。此外，对于一些特殊结构的空间环境模拟设备，现有的管板式热沉不易加工布置。为了克服现有管板式热沉的上述缺点，需要研制一种结构和加工相对简单，且承受热负荷能力较强并能很好地进行温度均匀性控制的热沉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构易于加工布置，单位面积承受热负荷能力强，温度均匀性优于±2K的热沉。该热沉为一种蜂窝型不锈钢胀板热沉，通过传热介质与热沉表面的直接接触，使得所有换热表面均为直接参与换热的一次表面，不存在翅片效率高低的问题，因此承受热负荷的能力较强，温度均匀性好。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

蜂窝型不锈钢胀板热沉，包括蜂窝型不锈钢胀板结构以及设置在该结构两侧的进液总管和出液总管、进液总管与出液总管分别通过若干进液支管和若干出液支管与蜂窝型不锈钢胀板结构中的蜂窝型流道相连通，其中蜂窝型不锈钢胀板结构包括两块四周密封焊接的不锈钢换热板以及两块不锈钢换热板之间的整个空间内等间距以阵列形式焊接设置的多排圆柱形扰流柱，每两排圆柱形扰流柱之间的不锈钢换热板受压膨胀向外突出形成凸透镜截面形状，从而在整个蜂窝型不锈钢胀板结构中形成蜂窝型流道。

其中，两块不锈钢换热板厚度分别为1mm-2.5mm。

其中，圆柱形扰流柱的直径优选为10-20mm，圆柱形扰流柱之间的间距优选为50mm-90mm。

进一步地，两块不锈钢换热板之间的距离优选为5mm-15mm。

进一步地，蜂窝型不锈钢胀板结构的表面喷涂有黑漆。

其中，圆柱形扰流柱的数目通过蜂窝型不锈钢胀板结构中两块不锈钢换热板的面积确定。

与现有的管板式热沉相比，本发明的蜂窝型不锈钢热沉能经受的最大内压为1.6MPa；并且显著增加热沉对流换热面积，通过强化对流换热的方式来增强热沉换热性能，可使热沉壁面温度均匀性优于+2K；且其结构易于加工布置，能够缩短加工周期和增强设备通用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的蜂窝型不锈钢胀板热沉结构示意图；

图2为对应图1中本发明的蜂窝型不锈钢胀板热沉结构的横截面示意图；

其中，1-不锈钢换热板；2-圆柱形扰流柱；3-进液总管；4-出液总管；5-进液支管；6-出液支管。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明内容作进一步的阐明。当然，描述下列具体实施方式只为示例本发明的不同方面的技术内容，而不应理解为限制本发明范围。

图1是本发明的蜂窝型不锈钢胀板热沉的结构示意图。其中，该蜂窝型不锈钢胀板热沉包括：蜂窝型不锈钢胀板结构以及设置在该结构两侧的进液总管(3)和出液总管(4)、进液总管(3)与出液总管(4)分别通过若干进液支管(5)和若干出液支管(6)与蜂窝型不锈钢胀板结构中的蜂窝型流道相连通，其中蜂窝型不锈钢胀板结构包括两块四周密封焊接的不锈钢换热板(1)以及两块不锈钢换热板(1)之间的整个空间内等间距以阵列形式焊接设置的多排圆柱形扰流柱(2)，每两排圆柱形扰流柱(2)之间的不锈钢换热板(1)受压膨胀向外突出形成凸透镜截面形状，从而在整个蜂窝型不锈钢胀板结构中形成蜂窝型流道。具体凸透镜截面形状参见图2。图2示出了对应于图1的蜂窝型不锈钢胀板热沉的侧面的横截面图，从图可以看出，蜂窝型不锈钢胀板热沉中的蜂窝型不锈钢胀板结构的侧向横截面形成为一连串“凸透镜”的叠放形状，其中，每两排圆柱形扰流柱(2)之间的不锈钢换热板(1)在加工过程中受压膨胀从而向外凸出形成凸透镜的形状，这样，多排圆柱形扰流柱(2)之间就形成了上述形状。以下详细说明蜂窝型不锈钢胀板热沉的加工过程。

首先，选取1mm-2.5mm厚度的两块不锈钢换热板，四周进行密封连接；然后将直径为10mm-20mm的圆柱形扰流柱按照50mm-90mm的间距均匀布置(例如通过焊接方式)在两块不锈钢换热板中间；通过冲压成型工艺，在两块不锈钢换热板中间形成间距为5mm-15mm的蜂窝型流道；最后，将进出液总管、支管焊接在不锈钢换热板上。进出液总管、支管的管径及布置形式需要根据热沉尺寸大小进行确定。

在本发明的蜂窝型不锈钢胀板热沉的使用过程中，冷却流体经进液总管通过若干进液支管流入热沉的蜂窝型不锈钢胀板结构中的蜂窝型流道，通过蜂窝型不锈钢胀板结构中圆柱形扰流柱的绕流作用，强化冷却流体与热沉之间的对流换热效果，提高热沉的换热性能，冷却流体在热沉的蜂窝型不锈钢胀板结构中完成换热后经由若干出液支管汇流到出液总管，进而流出热沉。

为了使热沉达到最优的换热性能，需要对热沉结构参数进行优化设计。分别建立不同结构参数的蜂窝型不锈钢热沉三维几何模型，使用非结构化网格技术进行网格划分，计算湍流模型采用RNG模型的k-ε方程，压力-速度耦合采用Simple算法，各参数的离散均采用二阶精度的迎风格式。最终得到不同结构参数条件下，蜂窝型不锈钢热沉换热性能参数及温度均匀性分布。通过对结构的分析，确定热沉优化后的结构参数如下：不锈钢换热板厚度为1mm-2.5mm，扰流柱直径10-20mm，扰流柱间距50mm-90mm，两块不锈钢换热板间距5mm-15mm。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.蜂窝型不锈钢胀板热沉，包括蜂窝型不锈钢胀板结构以及设置在该结构两侧的进液总管和出液总管、进液总管与出液总管分别通过若干进液支管和若干出液支管与蜂窝型不锈钢胀板结构中的蜂窝型流道相连通，其中蜂窝型不锈钢胀板结构包括两块四周密封焊接的不锈钢换热板以及两块不锈钢换热板之间的整个空间内等间距以阵列形式焊接设置的多排圆柱形扰流柱，每两排圆柱形扰流柱之间的不锈钢换热板受压膨胀向外凸出形成凸透镜的形状，从而在整个蜂窝型不锈钢胀板结构中形成蜂窝型流道，蜂窝型不锈钢胀板热沉中的蜂窝型不锈钢胀板结构的侧向横截面形成为一连串“凸透镜”的叠放形状，两块不锈钢换热板厚度分别为1mm-2.5mm，圆柱形扰流柱的直径为10-20mm，圆柱形扰流柱之间的间距为50mm-90mm。

2.如权利要求1所述的蜂窝型不锈钢胀板热沉，其中，两块不锈钢换热板之间的距离为5mm-15mm。

3.如权利要求1或2所述的蜂窝型不锈钢胀板热沉，其中，蜂窝型不锈钢胀板结构的表面喷涂有黑漆。

4.如权利要求1或2所述的蜂窝型不锈钢胀板热沉，其中，圆柱形扰流柱的数目通过蜂窝型不锈钢胀板结构中两块不锈钢换热板的面积确定。