دستگاه تست مدیریت حرارتی فلز مایع در زمینه آزمایش فناوری هوافضا توسط موسسه فناوری فیزیک و شیمی آکادمی علوم چین توسعه یافته و در کابینه آزمایش پایه هوافضا ماژول آزمایشی Mengtian ایستگاه فضایی نصب شده است. از فلز مبتنی بر بیسموت با نقطه ذوب پایین، ایمنی زیستی بالا و خواص شیمیایی پایدار استفاده می کند. انجام تحقیقات مشخصه و تأیید تجربی اتلاف حرارت جریان و فناوری کنترل دمای تغییر فاز در محیط ریزگرانش فضا.
تصویر
محل قرارگیری دستگاه تست مدیریت حرارتی فلز مایع در کابینت آزمایش پایه هوافضا
قسمت 1
فلز مایع چیست؟ چه اصولی در تست زنی وجود دارد؟
فلز مایع یک فلز مایع بی شکل و روان است. این یک اصطلاح کلی برای مجموعه ای از فلزات و مواد آلیاژی با نقطه ذوب پایین است. در دمای اتاق یا دمای حرارت کمتر مایع است و سیالیت دارد. دارای رسانایی الکتریکی قوی و هدایت حرارتی است. دارای ویژگی های راندمان بالا، ویسکوزیته کم و محدوده دمای مایع گسترده است. این آزمایش عمدتاً از دو اصل اتلاف حرارت فلز مایع، یعنی انتقال حرارت همرفتی و کنترل حرارتی تغییر فاز جامد-مایع استفاده کرد.
تصویر
فلز مایع
انتقال حرارت جابجایی به این معنی است که فلز مایع از یک سطح گرم کننده جریان می یابد، گرمای سطح را جذب می کند و دمای سطح گرمایش را در یک مقدار مناسب حفظ می کند. گرمای جذب کننده فلز مایع گرم می شود، گرما را در یک دستگاه اتلاف حرارت خاص به محیط منتقل می کند و سپس بازیابی می شود. به دمای اولیه، در نتیجه دوباره از طریق سطح گرمایش جریان می یابد تا به جریان دایره ای برسد.
کنترل حرارتی تغییر فاز جامد-مایع یک هیت سینک تغییر فاز است که روی سطح گرمایش نصب شده است که پس از جذب گرما ذوب شده و از جامد به مایع تبدیل می شود. فرآیند ذوب گرما را جذب می کند اما دما تغییر نمی کند و در نتیجه سطح گرمایش را در دمای مناسب خاصی کنترل می کند. هنگامی که سطح گرمایش دیگر کار نمی کند، فلز مایع به تدریج به حالت جامد تبدیل می شود. در طول فرآیند انجماد، دما بدون تغییر باقی می ماند اما گرما آزاد می شود. این گرما به تدریج در محیط پخش می شود. فلز کاملاً جامد شده برای کار بعدی سطح گرمایش آماده است. حالت جامد مواد فلزی مورد استفاده برای کنترل حرارتی تغییر فاز مایع دارای نقطه ذوب پایینی معمولاً زیر 100 درجه هستند و میتوانند بر اساس نیاز تنظیم شوند.
قسمت 2
آزمایش به چه نتایجی رسید؟
در این آزمایش در مدار، ماژول تست اتلاف گرمای جابجایی ویژگیهای تغییر ضریب انتقال حرارت با سرعت جریان را به دست آورد که عمدتاً در کاربردهای سرعت جریان پایین مدارهای سیال کوچک هدف قرار دارد. قبل از این، هیچ داده مشخصه ضریب انتقال حرارت قابل اعتمادی برای طراحان وجود نداشت تا در ناحیه سرعت جریان پایین که این پروژه آزمایشی بر روی آن متمرکز شده است به آن مراجعه کنند. نتایج این آزمون این شکاف را پر کرده است.
تصویر
ماژول کنترل دمای تغییر فاز، منحنی تغییر دمای فرآیند ذوب مواد فلزی را با گذشت زمان بدست میآورد. توزیع دمای مواد در طول فرآیند ذوب به طور قابل توجهی تحت تأثیر گرانش است. هنگامی که گرانش وجود دارد، اختلاف چگالی ناشی از دماهای مختلف سیال باعث ایجاد یک جریان طبیعی می شود. این جریان باعث می شود دمای داخلی فلز مایع سریعتر یکنواخت شود. در حالی که گرانش محیط فضا بسیار ضعیف است، تفاوت چگالی باعث جریان طبیعی نخواهد شد و توزیع دما در داخل فلز مایع نسبتاً ناهموار خواهد بود. این آزمایش مجهز به تغییر فاز فلزی است. ساختار انتقال حرارت تقویت شده در حفره مواد نصب شده است که می تواند به سرعت گرما را به داخل ماده فلزی منتقل کند و باعث می شود که به طور یکنواخت ذوب شود و در نتیجه دمای یکنواخت تری ایجاد شود. نتایج تأیید آزمایش مطابق با انتظارات است.
این آزمایش علاوه بر تأیید انتقال حرارت جابجایی و فناوری کنترل دمای تغییر فاز، فناوریهای کلیدی مانند ذوب کنترلشده، بافر انبساط و هدایت حرارتی رابط فلز مبتنی بر بیسموت را در محیط ریزگرانش فضا تأیید کرد.
پست های دانش اصطلاحات فنی کلیدی
ذوب کنترل شده: به ذوب کنترل شده فلزات به ترتیب بر اساس موقعیت ها و توالی های از پیش تعیین شده اشاره دارد.
بافر انبساط: به بافر کردن تغییر حجم هنگام تغییر مایع جامد فلزی اشاره دارد. برای مدار بسته، اگر این تغییر حجم بافر نشود، خط لوله می ترکد.
رسانایی حرارتی رابط: به شکاف های ریزی اطلاق می شود که هنگام تماس دو سطح جامد ظاهر می شوند. هوای باقی مانده در این شکاف ها مانع انتقال گرما بین دو سطح جامد می شود. بنابراین، شکاف ها باید با مواد رابط حرارتی مانند فلز مایع پر شوند. این پر کردن رسانایی حرارتی مواد بسیار بالاتر از هوا است و اجازه می دهد تا گرما بین دو سطح جامد با اختلاف دمایی کم منتقل شود.
قسمت.3
پیامدهای تحقیقاتی آزمون چیست؟
این پروژه اولین بار در جهان است که از یک آلیاژ مبتنی بر بیسموت با نقطه ذوب پایین با ایمنی زیستی بالا برای انجام آزمایشهای روی مدار و تأیید فناوریهای کلیدی برای مدیریت حرارتی فضای فلز مایع استفاده میکند. نتایج مربوطه را می توان برای منابع انرژی هسته ای فضایی آینده، اویونیک با چگالی توان بالا و توان بالای غیرنظامی استفاده کرد.
قسمت.4
انتظار دارید در آینده در چه زمینه هایی شاهد برنامه های کاربردی باشید؟
دستاوردهای به دست آمده توسط این پروژه در اتلاف گرمای همرفتی فلز مایع و کنترل دمای تغییر فاز عمدتاً با هدف مهندسی نیازهای کنترل حرارتی مانند گرمایش مداوم یا گرمایش متناوب با بار بالا دستگاههای الکترونیکی با چگالی شار حرارتی بالا است. با توسعه فناوری هوش مصنوعی، فناوری واقعیت مجازی و سرعت بالا با توسعه مداوم فناوری پردازش تصویر شار و سایر زمینه ها، چگالی توان تجهیزات الکتریکی با این عملکردها همچنان در حال افزایش است. به منظور اطمینان از عملکرد کار اجزای الکتریکی در شرایط بار بالا، لازم است از فناوری اتلاف حرارت کارآمدتر، ساده و قابل اعتمادتر استفاده شود. این پروژه دو فناوری اتلاف حرارت فلز مایع درگیر، تأییدهای آزمایشی هستند که در پاسخ به این تقاضای صنعتی انجام شدهاند و انتظار میرود که در بسیاری از زمینهها نقش مهمی ایفا کنند.
تصویر
منبع مطلب: پرواز فضایی سرنشین دار چین نویسنده: لیو گویلین، موسسه فیزیک و شیمی، آکادمی علوم چین
