蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉的製作方法

2023-09-21 07:13:20

專利名稱：蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉的製作方法
技術領域：
本發明屬於空間環境模擬領域，具體涉及一種用於模擬空間黑背景和深冷環境的熱控制設備。
背景技術：
太空飛行器在發射之前需要進行充分的空間環境試驗來驗證太空飛行器的可靠性。空間環模設備主要模擬空間的真空、冷黑等外部環境，以用於進行太空飛行器的熱真空和熱平衡試驗。其中，熱沉是空間環模設備中模擬空間冷黑環境的核心部件，通常，熱沉的表面需要噴塗特製的黑漆以保證其太陽吸收率和半球發射率，同時，通過向熱沉中通入液氮等冷卻介質來模擬空間的深冷環境。目前，國內空間環境模擬設備中通常採用管板式熱沉，該種結構的熱沉由鋁、銅或 不鏽鋼管焊接銅翅片而製成的數片管板結構拼接而成，通過在圓管上加銅翅片的方式強化傳熱。但是，由於銅翅片是圓管外的二次表面，在增加傳熱面積達到強化傳熱的同時增大了傳熱熱阻，使得該種結構的熱沉承受熱負荷能力差，熱沉溫度均勻性不易控制，溫度均勻性一般為±5K，並且加工周期較長。此外，對於一些特殊結構的空間環境模擬設備，現有的管板式熱沉不易加工布置。為了克服現有管板式熱沉的上述缺點，需要研製一種結構和加工相對簡單，且承受熱負荷能力較強並能很好地進行溫度均勻性控制的熱沉。

發明內容
本發明的目的在於提供一種結構易於加工布置，單位面積承受熱負荷能力強，溫度均勻性優於±2K的熱沉。該熱沉為一種蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，通過傳熱介質與熱沉表面的直接接觸，使得所有換熱表面均為直接參與換熱的一次表面，不存在翅片效率高低的問題，因此承受熱負荷的能力較強，溫度均勻性好。本發明目的是通過如下技術方案實現的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，包括蜂窩型不鏽鋼脹板結構以及設置在該結構兩側的進液總管和出液總管、進液總管與出液總管分別通過若干進液支管和若干出液支管與蜂窩型不鏽鋼脹板結構中的蜂窩型流道相連通，其中蜂窩型不鏽鋼脹板結構包括兩塊四周密封焊接的不鏽鋼換熱板以及兩塊不鏽鋼換熱板之間的整個空間內等間距以陣列形式焊接設置的多排圓柱形擾流柱，每兩排圓柱形擾流柱之間的不鏽鋼換熱板受壓膨脹向外突出形成凸透鏡截面形狀，從而在整個蜂窩型不鏽鋼脹板結構中形成蜂窩型流道。其中,兩塊不鏽鋼換熱板厚度分別為lmm-2. 5mm。其中，圓柱形擾流柱的直徑優選為10-20mm，圓柱形擾流柱之間的間距優選為50mm-90mmo進一步地,兩塊不鏽鋼換熱板之間的距離優選為5mm-15mm。進一步地，蜂窩型不鏽鋼脹板結構的表面噴塗有黑漆。其中，圓柱形擾流柱的數目通過蜂窩型不鏽鋼脹板結構中兩塊不鏽鋼換熱板的面積確定。與現有的管板式熱沉相比，本發明的蜂窩型不鏽鋼熱沉能經受的最大內壓為
I.6MPa ;並且顯著增加熱沉對流換熱面積，通過強化對流換熱的方式來增強熱沉換熱性能，可使熱沉壁面溫度均勻性優於+2K ;且其結構易於加工布置，能夠縮短加工周期和增強設備通用性。


為了更清楚地說明本發明實施例，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些具體實施方式
，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉結構示意圖； 圖2為對應圖I中本發明的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉結構的橫截面示意圖；其中，I-不鏽鋼換熱板；2_圓柱形擾流柱；3_進液總管；4_出液總管；5_進液支管；6-出液支管。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
對本發明內容作進一步的闡明。當然，描述下列具體實施方式
只為示例本發明的不同方面的技術內容，而不應理解為限制本發明範圍。圖I是本發明的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉的結構示意圖。其中，該蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉包括蜂窩型不鏽鋼脹板結構以及設置在該結構兩側的進液總管(3)和出液總管
(4)、進液總管(3)與出液總管(4)分別通過若干進液支管(5)和若干出液支管(6)與蜂窩型不鏽鋼脹板結構中的蜂窩型流道相連通，其中蜂窩型不鏽鋼脹板結構包括兩塊四周密封焊接的不鏽鋼換熱板(I)以及兩塊不鏽鋼換熱板(I)之間的整個空間內等間距以陣列形式焊接設置的多排圓柱形擾流柱(2)，每兩排圓柱形擾流柱(2)之間的不鏽鋼換熱板(I)受壓膨脹向外突出形成凸透鏡截面形狀，從而在整個蜂窩型不鏽鋼脹板結構中形成蜂窩型流道。具體凸透鏡截面形狀參見圖2。圖2示出了對應於圖I的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉的側面的橫截面圖，從圖可以看出，蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉中的蜂窩型不鏽鋼脹板結構的側向橫截面形成為一連串「凸透鏡」的疊放形狀，其中，每兩排圓柱形擾流柱(2)之間的不鏽鋼換熱板(I)在加工過程中受壓膨脹從而向外凸出形成凸透鏡的形狀，這樣，多排圓柱形擾流柱(2)之間就形成了上述形狀。以下詳細說明蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉的加工過程。首先,選取lmm-2. 5mm厚度的兩塊不鏽鋼換熱板，四周進行密封連接；然後將直徑為10mm-20mm的圓柱形擾流柱按照50mm-90mm的間距均勻布置(例如通過焊接方式)在兩塊不鏽鋼換熱板中間；通過衝壓成型工藝，在兩塊不鏽鋼換熱板中間形成間距為5mm-15mm的蜂窩型流道；最後，將進出液總管、支管焊接在不鏽鋼換熱板上。進出液總管、支管的管徑及布置形式需要根據熱沉尺寸大小進行確定。在本發明的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉的使用過程中，冷卻流體經進液總管通過若干進液支管流入熱沉的蜂窩型不鏽鋼脹板結構中的蜂窩型流道，通過蜂窩型不鏽鋼脹板結構中圓柱形擾流柱的繞流作用，強化冷卻流體與熱沉之間的對流換熱效果，提高熱沉的換熱性能，冷卻流體在熱沉的蜂窩型不鏽鋼脹板結構中完成換熱後經由若干出液支管匯流到出液總管，進而流出熱沉。為了使熱沉達到最優的換熱性能，需要對熱沉結構參數進行優化設計。分別建立不同結構參數的蜂窩型不鏽鋼熱沉三維幾何模型，使用非結構化網格技術進行網格劃分，計算湍流模型採用RNG模型的k- e方程，壓力-速度耦合採用Simple算法，各參數的離散均採用二階精度的迎風格式。最終得到不同結構參數條件下，蜂窩型不鏽鋼熱沉換熱性能參數及溫度均勻性分布。通過對結構的分析，確定熱沉優化後的結構參數如下不鏽鋼換熱板厚度為lmm-2. 5mm,擾流柱直徑10-20mm,擾流柱間距50mm-90mm,兩塊不鏽鋼換熱板間距5mm-I5mmo儘管上文對本發明的具體實施方式
給予了詳細描述和說明，但是應該指明的是，我們可以依據本發明的構想對上述實施方式進行各種等效改變和修改，其所產生的功能作 用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，包括蜂窩型不鏽鋼脹板結構以及設置在該結構兩側的進液總管和出液總管、進液總管與出液總管分別通過若干進液支管和若干出液支管與蜂窩型不鏽鋼脹板結構中的蜂窩型流道相連通，其中蜂窩型不鏽鋼脹板結構包括兩塊四周密封焊接的不鏽鋼換熱板以及兩塊不鏽鋼換熱板之間的整個空間內等間距以陣列形式焊接設置的多排圓柱形擾流柱，每兩排圓柱形擾流柱之間的不鏽鋼換熱板受壓膨脹向外突出形成凸透鏡截面形狀，從而在整個蜂窩型不鏽鋼脹板結構中形成蜂窩型流道。
2.如權利要求I所述的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，其中，兩塊不鏽鋼換熱板厚度分別為lmm-2. Smnin
3.如權利要求I所述的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，其中，圓柱形擾流柱的直徑優選為10-20mm,圓柱形擾流柱之間的間距為50mm-90mm。
4.如權利要求I所述的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，其中，兩塊不鏽鋼換熱板之間的距離為 5mm-1 Smnin
5.如權利要求1-4任一項所述的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，其中，蜂窩型不鏽鋼脹板結構的表面噴塗有黑漆。
6.如權利要求1-4任一項所述的蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，其中，圓柱形擾流柱的數目通過蜂窩型不鏽鋼脹板結構中兩塊不鏽鋼換熱板的面積確定。
全文摘要
一種蜂窩型不鏽鋼脹板熱沉，包括蜂窩型不鏽鋼脹板結構以及設置在該結構兩側的進液總管和出液總管、進液總管與出液總管分別通過進液支管和出液支管與上述脹板結構中的蜂窩型流道相連通，蜂窩型不鏽鋼脹板結構包括兩塊四周密封焊接的不鏽鋼換熱板以及兩塊不鏽鋼換熱板之間的整個空間內等間距以陣列形式焊接設置的多排圓柱形擾流柱，每兩排圓柱形擾流柱之間的不鏽鋼換熱板受壓膨脹向外突出形成凸透鏡截面形狀，從而在整個蜂窩型不鏽鋼脹板結構中形成蜂窩型流道。與現有的管板式熱沉相比，本發明的熱沉能經受的最大內壓為1.6MPa，顯著增加熱沉對流換熱面積，可使熱沉壁面溫度均勻性優於±2K；且其結構易於加工布置，能夠縮短加工周期和增強設備通用性。
文檔編號B64G7/00GK102717903SQ20121021986
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者於兆吉, 劉敏, 劉波濤, 劉然, 單巍巍, 張磊, 李罡, 童華, 許貞龍 申請人:北京衛星環境工程研究所