大直径脉动热管在微重力条件下的实验分析与瞬态数值模拟
经典物理
2022-06-10 v1 流体动力学
摘要
针对专门设计用于国际空间站（ISS）未来实验的大直径脉动热管（PHP）启动过程的多参数瞬态数值模拟，与欧洲空间局支持的抛物线飞行活动所得结果进行了对比。由于通道直径大于正常重力下的毛细极限，该器件在地面表现为环路热虹吸，在失重条件下表现为 PHP；因此微重力环境是脉动模式所必需的。由于抛物线飞行中微重力持续时间短，数据仅涉及器件的瞬态启动行为。文献中最全面的模型之一，即自研一维瞬态代码 CASCO（法语 Code Avancé de Simulation du Caloduc Oscillant 的缩写，英文为 Advanced PHP Simulation Code），已根据几何、拓扑、材料特性与热边界条件进行配置以建模实验器件。数值与实验结果的对比在多个参数的时间演化上同步进行：管壁温度、压力，以及可能的液塞速度、其长度与内部温度分布。仿真结果在不同输入功率下与实验一致。温度预测最大偏差为 7%。压力变化趋势以及液塞速度、长度与温度分布也得到了定性捕捉。该模型还能捕捉流体压力在加热负载施加后开始振荡的时刻，这是将在 ISS 上测试的工程模型正确设计的基本信息。我们还通过实验与仿真揭示了液塞端部附近存在强液体温度梯度。最后，给出了大直径 PHP 在微重力下稳定工作的理论预测。结果表明，系统在 185W 输入功率下应能在 1 分钟后达到稳态并自此维持稳定运行。
引用
@article{arxiv.2205.04096,
title = {Experimental analysis and transient numerical simulation of a large diameter pulsating heat pipe in microgravity conditions},
author = {Mauro Abela and Mauro Mameli and Vadim Nikolayev and Sauro Filippeschi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2205.04096},
year = {2022}
}