用于多點(diǎn)熱源散熱的低溫回路熱管啟動(dòng)特性研究

用于多點(diǎn)熱源散熱的低溫回路熱管啟動(dòng)特性研究

隨著空間勘探技術(shù)的發(fā)展，空間勘探勘探矩陣的發(fā)展呈現(xiàn)出結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，震源分散分布的特點(diǎn)。空間熱控制設(shè)計(jì)迫切需要解決各種分散光源的高效濕熱問題。作為空間負(fù)荷熱控制領(lǐng)域發(fā)展成熟的高效雙相熱元件，熱量熱量已廣泛應(yīng)用于空間負(fù)荷熱控制領(lǐng)域。例如，作為傳統(tǒng)槽管的改進(jìn)，管道管道和液體管道完全分離，裝置和檢測(cè)器的結(jié)構(gòu)靈活性多變，傳輸管道柔軟，對(duì)重力的影響小，引起了國(guó)內(nèi)外空間勘探領(lǐng)域的關(guān)注。國(guó)內(nèi)對(duì)渠道熱的研究包括運(yùn)營(yíng)機(jī)制、模型構(gòu)建和結(jié)構(gòu)研究的各個(gè)方面。最早的多蒸發(fā)器回路熱管概念由Maydanik提出1單蒸發(fā)器回路熱管模型與單蒸發(fā)器回路熱管模型回路熱管是利用氣液兩相相變進(jìn)行熱量高效傳輸?shù)牟考?工質(zhì)從回路熱管熱端(蒸發(fā)器)吸熱蒸發(fā),經(jīng)氣體管路流至回路熱管冷端(冷凝器)進(jìn)行冷凝.多蒸發(fā)器回路熱管是通過增加蒸發(fā)器個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)向同一個(gè)冷凝器進(jìn)行循環(huán)相變換熱的傳熱部件.常用的多蒸發(fā)器回路熱管實(shí)現(xiàn)方式有熱耦合和氣耦合兩種方式.熱耦合下的MeLHP各蒸發(fā)器回路獨(dú)立流動(dòng),各回路同單回路熱管一樣保證單獨(dú)的啟動(dòng)運(yùn)行,在冷端通過相互的熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)熱量交換.由于熱傳導(dǎo)過程存在熱阻較大,換熱效率低的缺點(diǎn);氣耦合則是指多個(gè)蒸發(fā)器共用冷凝器的同時(shí),氣液管線并聯(lián)匯入同一回路,因而各回路之間存在工質(zhì)交換,換熱效率較高,此時(shí)各回路的熱力狀態(tài)會(huì)互相影響,其啟動(dòng)運(yùn)行過程更加復(fù)雜.由于單一冷凝器提供冷源的情形下,各個(gè)點(diǎn)熱源加熱負(fù)載往往不同,在換熱效率較低的熱耦合方式下,熱端的平衡溫度各不相同,各蒸發(fā)器很難達(dá)到同一溫度區(qū)間而同時(shí)滿足控溫需求.氣耦合方式由于各支路間有工質(zhì)的交換,各個(gè)蒸發(fā)器之間往往存在熱分享而有一定的均溫特性.實(shí)際應(yīng)用考量下本研究選用氣耦合方式進(jìn)行MeLHP的設(shè)計(jì).氣耦合形式下的MeLHP按補(bǔ)償器不同布置連接方式分為3種形式,如圖1所示.(1)每個(gè)蒸發(fā)器對(duì)應(yīng)各自的補(bǔ)償器,但每個(gè)補(bǔ)償器不與其他蒸發(fā)器直接連接.該形式的多蒸發(fā)器回路熱管各回路補(bǔ)償器和蒸發(fā)器互不約束,二者通過管線相連接,管路設(shè)計(jì)最為靈活,但補(bǔ)償器冷凝液回流過程受到很大程度的影響.(2)每個(gè)蒸發(fā)器回路有各自補(bǔ)償器,每個(gè)補(bǔ)償器直接與其他蒸發(fā)器的補(bǔ)償器相連.該形式下的多蒸發(fā)器回路熱管特點(diǎn)為:各回路為典型的單蒸發(fā)器回路熱管結(jié)構(gòu),適用于各蒸發(fā)器規(guī)整排列的形式,能最大程度保證補(bǔ)償器對(duì)吸液芯的供液.(3)所有蒸發(fā)器共用一個(gè)共同的補(bǔ)償器,補(bǔ)償器單獨(dú)布置控制各回路蒸發(fā)器的工作狀態(tài).該形式的多蒸發(fā)器回路熱管類似于毛細(xì)泵流體回路CPL,便于對(duì)整個(gè)回路狀態(tài)的統(tǒng)一調(diào)控.為保證多蒸發(fā)器回路熱管具有高可靠性和實(shí)用性,同時(shí)便于啟動(dòng)運(yùn)行規(guī)律的研究,采用了各蒸發(fā)器具有獨(dú)立補(bǔ)償器直接相連的方案,其結(jié)構(gòu)示意如圖2(a)所示.采用蒸發(fā)器補(bǔ)償器一體化設(shè)計(jì),3個(gè)蒸發(fā)器通過氣液管線的并聯(lián)接入共同回路中,實(shí)現(xiàn)同一個(gè)冷凝器的共用.工質(zhì)在3個(gè)蒸發(fā)器受熱蒸發(fā)為過熱蒸氣,經(jīng)氣體管線匯流后進(jìn)入冷凝器冷凝,過冷液體流出后沿液體管線分流至各個(gè)補(bǔ)償器,進(jìn)入下一個(gè)循環(huán).氣耦合型獨(dú)立補(bǔ)償器直連的多蒸發(fā)器回路熱管熱力過程的P-T圖如圖2(b)所示,3個(gè)回路均正常穩(wěn)定工作時(shí),回路工質(zhì)維持穩(wěn)定的循環(huán)狀態(tài),圖中各點(diǎn)狀態(tài)在實(shí)際MeLHP中的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)圖2(a)所標(biāo)示的點(diǎn).相較于單蒸發(fā)器LHP,由于加熱負(fù)載的差異、毛細(xì)芯加工的隨機(jī)性以及管路的不均勻布置,MeLHP中每個(gè)蒸發(fā)器對(duì)應(yīng)的曲線有所區(qū)別.不同工況下的蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)于飽和曲線不同位置發(fā)生相變(1、1′、1″),產(chǎn)生的過熱蒸氣在氣體槽道內(nèi)進(jìn)一步受蒸發(fā)器管殼加熱直至氣體入口處(2、2′、2″),各管線蒸氣過熱度增加,壓力減小,在總管線3點(diǎn)處交匯于同一熱力狀態(tài),而后沿氣體管線(3～4)流動(dòng),壓力繼續(xù)降低,而由于低溫?zé)峁苓\(yùn)行時(shí)環(huán)境漏熱對(duì)氣體管線有加熱作用,沿氣體管線工質(zhì)溫度持續(xù)升高.隨后過熱蒸氣在冷凝器中冷凝(4～7),分別經(jīng)歷過熱蒸氣降溫過程的過熱段(4～5)、飽和蒸汽冷凝過程的兩相段(5～6),以及冷凝液繼續(xù)降溫的過冷段(6～7).過冷液經(jīng)液體管線(7～8)流動(dòng)受流阻影響壓力減少,受漏熱影響溫度升高,在分流點(diǎn)8處冷凝液分流至不同管路.由于管路結(jié)構(gòu)、熱端狀態(tài)的影響,最終進(jìn)入各補(bǔ)償器入口(9、9′、9″)的流體狀態(tài)不一,過冷液流入補(bǔ)償器后受蒸發(fā)器漏熱影響溫度升高,直至毛細(xì)芯內(nèi)表面(10、10′、10″),由于毛細(xì)芯內(nèi)表面與補(bǔ)償器熱力狀態(tài)一致,一般認(rèn)為毛細(xì)芯內(nèi)表面的工質(zhì)到達(dá)了飽和狀態(tài).隨后各回路工質(zhì)在流過毛細(xì)芯到達(dá)毛細(xì)芯外表面彎月面處(11、11′、11″),該過程由于多孔結(jié)構(gòu)流阻較大,蒸發(fā)器加熱的影響,工質(zhì)壓力降低且產(chǎn)生一定過熱度,最后在毛細(xì)芯外表面相變?yōu)闅怏w,等溫條件下壓力產(chǎn)生躍遷.循環(huán)往復(fù)進(jìn)行保證了MeLHP的穩(wěn)定運(yùn)行.設(shè)計(jì)的三蒸發(fā)器回路熱管樣機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)如圖3所示,蒸發(fā)器單元?dú)んw采用無氧銅為材料,毛細(xì)芯為燒結(jié)銅粉,氣液管線均采用外徑6mm,厚度1.5mm銅管.冷凝器采用渦旋嵌管式設(shè)計(jì),將蛇形銅管嵌入鋁板內(nèi)槽道中,并聯(lián)管路分流處采用三通接頭連接.該回路熱管以乙烷為換熱工質(zhì),工作溫區(qū)為170K,充液率依據(jù)單蒸發(fā)器LHP的經(jīng)驗(yàn)值設(shè)計(jì)為0.6(本研究充液率是指回路熱管在工作溫區(qū)下液體體積占整個(gè)回路容積的比例).MeLHP實(shí)際加工裝配的基本參數(shù)如表1所示.根據(jù)與冷凝器相對(duì)位置關(guān)系,由遠(yuǎn)至近將蒸發(fā)器編號(hào)為蒸發(fā)器1(E1)、蒸發(fā)器2(E2)、蒸發(fā)器3(E3),測(cè)點(diǎn)涵蓋了每個(gè)支路的補(bǔ)償器、蒸發(fā)器溫度,氣液管線溫度,冷凝器及其進(jìn)出口溫度.獲取低溫的冷源采用脈管制冷機(jī),冷頭與MeLHP冷凝器通過安裝冷板相耦合,為保證制冷機(jī)的正常運(yùn)行,同時(shí)確保低溫工況下盡可能減少環(huán)境漏熱,實(shí)驗(yàn)于真空罐內(nèi)進(jìn)行,并在熱管安裝后包覆多層絕熱材料(填充滌綸絲網(wǎng)的雙面鍍鋁聚酯薄膜).MeLHP通過鉑電阻PT1000進(jìn)行溫度測(cè)量,加熱采用薄膜加熱片,大小20mm×50mm,阻值20Ω,與蒸發(fā)器外殼緊密黏連.罐外數(shù)據(jù)采集儀和直流電源的引線經(jīng)由罐體的接插件與罐內(nèi)的溫度測(cè)點(diǎn)和加熱片相連.實(shí)驗(yàn)充分地保證每次實(shí)驗(yàn)的初始狀態(tài)一致.低溫工質(zhì)充裝采用液氮浴的方式,充裝量偏差保持在±0.5g以內(nèi),充裝完畢后置于室溫環(huán)境足夠長(zhǎng)時(shí)間回溫后再置于真空罐中安裝.安裝狀態(tài)為水平狀態(tài),由于回路熱管管線具有柔性,安裝時(shí)應(yīng)充分保證蒸發(fā)器自身以及蒸發(fā)器與冷凝器的相對(duì)水平,蒸發(fā)器補(bǔ)償器自身兩端管線豎直高度差不超過0.5mm,3個(gè)蒸發(fā)器相對(duì)位置豎直高度差最大不超過1mm,冷凝器與蒸發(fā)器最大豎直高度差不超過2mm.關(guān)罐后真空度低于102啟動(dòng)功能實(shí)驗(yàn)研究2.1熱管及蒸發(fā)器工作原理為了比較多蒸發(fā)器回路熱管(MeLHP)與單蒸發(fā)器回路熱管(LHP)啟動(dòng)現(xiàn)象的異同,在MeLHP樣機(jī)裝配前,對(duì)所用的蒸發(fā)器裝入LHP進(jìn)行性能測(cè)試,充裝工質(zhì)同樣為乙烷,充液率為0.6.其降溫及啟動(dòng)過程曲線如圖4所示.開啟脈管制冷機(jī)開始降溫,穩(wěn)定制冷機(jī)輸入功率150W(所有工況的降溫過程制冷機(jī)開始的輸入功率均為150W),冷端溫度曲線開始下降.施加恒定加熱功率5W后,熱端溫度經(jīng)歷大約10min的上升后開始下降,熱管成功啟動(dòng).由于該回路熱管的補(bǔ)償器與蒸發(fā)器采用一體式設(shè)計(jì),施加熱負(fù)載的蒸發(fā)器對(duì)補(bǔ)償器及流入補(bǔ)償器的過冷液體產(chǎn)生漏熱,因而加熱后,處于同一殼體下的蒸發(fā)器與補(bǔ)償器溫度幾乎保持一致.同時(shí),氣體管線溫度迅速上升,并且在降溫過程中,氣體管線溫度最高,這一方面是由于氣體管線溫度反映了過熱蒸氣的溫度,蒸發(fā)器由于受到漏熱影響溫度較低;另一方面在低溫環(huán)境下,環(huán)境漏熱對(duì)氣體管線加熱,也會(huì)導(dǎo)致氣體管線溫度的上升.降溫過程大約持續(xù)120min后冷端到達(dá)170K溫區(qū),從溫度曲線可以看出,在5W熱負(fù)載工況下,單蒸發(fā)器回路熱管LHP能夠在溫度緩慢降低的趨勢(shì)下啟動(dòng),啟動(dòng)過程溫度曲線變化較為平穩(wěn).2.2單蒸發(fā)器加熱與多蒸發(fā)器同時(shí)加熱將3個(gè)蒸發(fā)器按設(shè)計(jì)方式與管線、冷凝器裝配,在單蒸發(fā)器LHP的實(shí)驗(yàn)參照下進(jìn)行MeLHP的啟動(dòng)特性研究.采用了單個(gè)蒸發(fā)器加熱和多個(gè)蒸發(fā)器共同加熱兩種方式進(jìn)行啟動(dòng)實(shí)驗(yàn).圖5(a)為依次對(duì)單蒸發(fā)器加熱的多蒸發(fā)器回路熱管降溫啟動(dòng)過程,可以發(fā)現(xiàn),開啟制冷機(jī)后,回路熱管冷凝器開始降溫,冷凝器測(cè)點(diǎn)溫度大幅下降,熱端溫度略微下降后保持平穩(wěn).冷凝器一端降至260K后,首先對(duì)E1施加5W加熱功率,熱端溫度短暫上漲后迅速下降,溫度變化較單蒸發(fā)器LHP更為劇烈.3個(gè)蒸發(fā)器中,首先下降的并非是受熱負(fù)載的E1,E3由于更加靠近冷凝端而其溫度率先下降,降溫速率明顯高于E1、E2.3條溫度曲線以很高的重合度進(jìn)行降溫過程.可以發(fā)現(xiàn),即便熱負(fù)載只施加于單個(gè)蒸發(fā)器,未加熱的E2和E3也在E1熱負(fù)載的作用下完成相同啟動(dòng)過程,這說明了并聯(lián)氣耦合管路上的蒸發(fā)器的熱量可以由受熱蒸發(fā)器向未受熱蒸發(fā)器分享.在冷凝器溫度持續(xù)下降的過程中,將E1單獨(dú)加熱5W的熱負(fù)載,依次切換至E2加熱5W、E3加熱5W的工況.可以發(fā)現(xiàn),每當(dāng)切換工況時(shí),氣體管線處測(cè)點(diǎn)溫度會(huì)形成一次即時(shí)的溫度波動(dòng),隨后會(huì)隨整個(gè)回路熱管的蒸發(fā)器溫度趨勢(shì)繼續(xù)降溫.在小功率加熱下,熱管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)流量較少.產(chǎn)生這些波動(dòng)的原因是,低充液率條件下,熱端蒸發(fā)的氣體在氣體管線聚集成氣團(tuán),在切換工況的過程中,不同蒸發(fā)器受熱導(dǎo)致了過熱蒸氣流向的改變,因此原有的熱共享狀態(tài)打破,影響了回路的正常流動(dòng).由于回路工質(zhì)流量小,氣體管線熱量無法及時(shí)排散局部溫度升高,此時(shí)局部降溫存在一定滯后性,一段時(shí)間后,氣流恢復(fù)穩(wěn)定,在氣耦合熱分享的作用下,氣線的熱量重新分配給各路蒸發(fā)器,由于加熱總功率沒有改變,曲線保持了原有的降溫趨勢(shì).可以看到,無論熱負(fù)載施加在哪個(gè)蒸發(fā)器上,3條蒸發(fā)器曲線始終保持溫度一致,因而單蒸發(fā)器加熱工況下加熱回路的選擇對(duì)啟動(dòng)特性無影響.MeLHP在單蒸發(fā)器加熱情形下能夠快響應(yīng)地完成降溫啟動(dòng)過程.圖5(b)為三蒸發(fā)器同時(shí)加熱時(shí)MeLHP的啟動(dòng)過程曲線.制冷機(jī)開啟約5min后,在漏熱影響下開始了自啟動(dòng)過程,距離冷凝器較近的E3溫度下降速率最快.冷凝器降至260K后開啟加熱,依次對(duì)各個(gè)蒸發(fā)器施加5W的加熱功率,直至3個(gè)蒸發(fā)器同時(shí)加熱5W.可以看到,選擇先對(duì)E2加熱各回路也同樣有良好的熱分享性,并且在兩路加熱、三路加熱的工況變換下該熱分享性不受影響,溫度曲線始終不分離.因此,結(jié)合單蒸發(fā)器加熱的實(shí)驗(yàn)曲線即可說明,三蒸發(fā)器加熱順序變化和加熱方式變化不會(huì)影響三蒸發(fā)器間的熱分享性,即不會(huì)對(duì)三蒸發(fā)器在啟動(dòng)過程中產(chǎn)生差異性的影響.然而,總功率大小變化會(huì)影響整體的降溫速率.每增加一路蒸發(fā)器加熱后,由于總功率的增加,回路內(nèi)環(huán)流動(dòng)工質(zhì)的增加,3個(gè)蒸發(fā)器換熱效率增加,3條溫度曲線斜率同時(shí)增大,并且同單蒸發(fā)器加熱工況一致,出現(xiàn)了氣體管線溫度小段的上升波動(dòng),波動(dòng)后恢復(fù)至與蒸發(fā)器同溫,熱量先于氣體管線中聚集后排散,這同樣是工況變化后氣體管線散熱滯后性引起的.MeLHP在多蒸發(fā)器同時(shí)加熱的情形下能夠成功地降溫啟動(dòng).為了驗(yàn)證不同充液率條件下降溫過程的異同,將充液率提升至0.7進(jìn)行了啟動(dòng)試驗(yàn),同樣進(jìn)行了單蒸發(fā)器加熱和多蒸發(fā)器共同加熱的啟動(dòng)過程.單蒸發(fā)器加熱降溫啟動(dòng)過程如圖5(c)所示,制冷機(jī)開啟后,對(duì)E3單獨(dú)加熱,加熱后熱端溫度經(jīng)歷短暫上升后下降,進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài),直至穩(wěn)定.此時(shí),較高充液率情形有所不同,其一表現(xiàn)在高充液率下,熱端響應(yīng)變慢,有明顯溫升過程,降溫過程溫度變化較為平穩(wěn),氣體管線溫度沒有突然的波動(dòng),到達(dá)指定溫度后,冷熱端的穩(wěn)定溫差較低充液率時(shí)更大.其原因是在施加相同熱負(fù)載時(shí),高充液率的MeLHP由于回路內(nèi)壓力較高,相變過程中產(chǎn)生氣體工質(zhì)的體積小,因而氣體管線呈兩相狀態(tài),回路熱管未完全啟動(dòng),這就導(dǎo)致氣體管線出口進(jìn)入冷凝器的氣體含量少或在進(jìn)入冷凝器前已經(jīng)全部液化,直接導(dǎo)致了冷凝器內(nèi)發(fā)生極少的相變換熱.由于單相換熱效率低,因而整個(gè)回路冷熱端溫差較高.其二表現(xiàn)在整個(gè)過程中,3條蒸發(fā)器曲線并沒有像低充液率時(shí)重合度很高,而是呈現(xiàn)一定的溫差,受熱回路的蒸發(fā)器E3溫度略高于E1、E2,并且整個(gè)降溫過程各蒸發(fā)器維持這一溫差緩慢降溫.這同樣是由于在小功率加熱條件下,熱管不處于完全蒸發(fā)狀態(tài),氣體管線沒有形成氣團(tuán)的聚集,呈氣液兩相狀態(tài),因而相互間的熱分享較低充液率條件下弱.同時(shí)液體存在時(shí),管線漏熱較大,導(dǎo)致了氣體管線溫度較蒸發(fā)器高并保持平穩(wěn).多蒸發(fā)器同時(shí)加熱降溫啟動(dòng)過程如圖5(d)所示,對(duì)三蒸發(fā)器同時(shí)加熱5W,加熱開啟后一段時(shí)間,熱端溫度開始緩慢下降.同時(shí)加熱條件下,降溫曲線依然符合由于充液率增大降溫變緩的現(xiàn)象.由于總功率的增加,回路熱管蒸發(fā)量增加,氣體管線為連續(xù)的氣相,此時(shí)漏熱影響較小,因而氣體管線在熱分享性下保持與蒸發(fā)器同溫,溫度曲線幾乎重合.2.3單蒸發(fā)器加熱啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)從圖5的曲線可以看出,不同充液率不同加熱方式下,降溫啟動(dòng)過程中各蒸發(fā)器之間均表現(xiàn)出了良好的熱分享特性.加熱功率相同的條件下,低充液率和高充液率下三蒸發(fā)器的溫度曲線均為幾乎重合;單蒸發(fā)器加熱條件下,低充液率仍保證了較高一致性,而高充液率下各蒸發(fā)器曲線出現(xiàn)分離,降溫啟動(dòng)過程中蒸發(fā)器間保持穩(wěn)定的溫差,受熱負(fù)載的回路溫度略高.MeLHP的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比單蒸發(fā)器回路熱管的啟動(dòng)過程,0.7充液率條件下的啟動(dòng)過程更符合單蒸發(fā)器的對(duì)照實(shí)驗(yàn).其原因在于,正常符合設(shè)計(jì)條件的回路熱管,在小功率加熱啟動(dòng)過程中,熱量往往不能滿足完全蒸發(fā)條件,工質(zhì)未達(dá)到完全流動(dòng)的狀態(tài),參與循環(huán)的流量很小,蒸發(fā)器通常表現(xiàn)為不連續(xù)的小氣泡接連逸出,氣體管線未達(dá)到完全過熱氣體充盈的狀態(tài).同時(shí)加熱時(shí),每個(gè)蒸發(fā)器受相同熱負(fù)載影響,產(chǎn)生氣泡的大小、流速維持在相當(dāng)水平,因而溫度差別很小.而在單一加熱情形下,受熱蒸發(fā)器正常啟動(dòng).未受熱的蒸發(fā)器在受熱蒸發(fā)器熱分享下啟動(dòng),在此種情況下熱量分享的比例是有限的,不可能保持與受熱回路完全一致的熱力狀態(tài),溫度理應(yīng)偏低.而充液率不足的情況下,小功率加熱的條件便使得各個(gè)蒸發(fā)器出口及相連管線充滿過熱蒸氣,氣體的擴(kuò)散性和高速流動(dòng)使回路熱管在氣耦合作用下各蒸發(fā)器的熱力狀態(tài)保持高度一致.此時(shí)由于循環(huán)的工質(zhì)流量小,充液率不足的情況下,回路無法完全依靠冷凝液回流補(bǔ)液,因而此時(shí)蒸發(fā)器受補(bǔ)償器漏熱影響較小,這也正是低充液率時(shí)氣體管線溫度沒有高于蒸發(fā)器溫度的原因.對(duì)比還發(fā)現(xiàn),對(duì)于各個(gè)工況的降溫過程,均不同程度地出現(xiàn)了E3溫度低于E1、E2的小段波動(dòng).其中,兩種充液率下單蒸發(fā)器加熱時(shí)E3曲線分離出現(xiàn)在開啟加熱后,而三蒸發(fā)器同時(shí)加熱的工況曲線分離在開啟加熱前.這是MeLHP不同的初始工質(zhì)分布狀態(tài)造成的.工質(zhì)充裝后,實(shí)驗(yàn)設(shè)定先進(jìn)行單蒸發(fā)器加熱啟動(dòng)實(shí)驗(yàn),后進(jìn)行共同加熱實(shí)驗(yàn).單蒸發(fā)器加熱啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)降溫時(shí),熱管由于沒有運(yùn)行過,各補(bǔ)償器基本維持工質(zhì)的均勻分布,因而加熱前的自啟動(dòng)階段3支路流量基本一致,維持相同溫度.熱負(fù)載施加后,回路內(nèi)流量增加,非對(duì)稱結(jié)構(gòu)影響下,E3回路流量分配較多導(dǎo)致其換熱效率的突增,隨后在氣耦合熱分享的協(xié)調(diào)作用下,三回路溫度趨于統(tǒng)一.而后進(jìn)行的多蒸發(fā)器共同加熱實(shí)驗(yàn)是熱管運(yùn)行過后的二次實(shí)驗(yàn),由于熱管運(yùn)行過程中出現(xiàn)流量分配不均的特性,管線較短的E3會(huì)分配較多流量,自然回溫狀態(tài)下保持這一分配狀態(tài).因而二次實(shí)驗(yàn)時(shí),在漏熱驅(qū)動(dòng)的自啟動(dòng)階段便出現(xiàn)了E3溫度曲線的分離,該分離在回路熱管加熱后同樣由于熱分享特性維持了隨后各蒸發(fā)器溫度的一致.因此,工質(zhì)在各回路的初始分配狀態(tài)會(huì)對(duì)啟動(dòng)過程產(chǎn)生影響,但由于氣耦合條件下熱分享的存在,由此產(chǎn)生的蒸發(fā)器降溫速率不一的影響會(huì)被消除.此外,為了更加直觀地描述不同啟動(dòng)過程的差異,將整合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比.針對(duì)各個(gè)啟動(dòng)過程中的熱端響應(yīng)特征,以回路熱管加熱后2h內(nèi)蒸發(fā)器E1的溫度變化為參考,各工況下的對(duì)比如圖6所示.從該曲線可明顯看出,無論何種工況,在冷端與熱端有一定溫差的前提下,加熱都會(huì)加速回路熱管內(nèi)工質(zhì)的流動(dòng),加速蒸發(fā)器與冷端的熱交換而促進(jìn)回路熱管的啟動(dòng)過程.同時(shí),由于各蒸發(fā)器之間有良好的熱交換特性,MeLHP中每一路的蒸發(fā)器都能在熱分享下完成啟動(dòng)過程,很好地繼承了單蒸發(fā)器回路熱管的啟動(dòng)特性,并且適用于LHP的“降溫產(chǎn)生冷熱端溫差——施加熱負(fù)載推動(dòng)工質(zhì)流動(dòng)”的啟動(dòng)方式仍然適用于MeLHP.與0.6充液率條件相比較,0.7充液率下的MeLHP和0.6充液率的LHP在加熱后蒸發(fā)器均在小段溫升后降溫,啟動(dòng)過程曲線的一致性相對(duì)較高.實(shí)驗(yàn)過程中,啟動(dòng)過程對(duì)應(yīng)相同的操作,即開制冷機(jī)降到240K附近后開啟加熱.圖6中可以看到,開始加熱時(shí),0.7充液率的MeLHP和0.6充液率的LHP溫度較高,而0.6充液率的MeLHP充液率相對(duì)較低,這是因?yàn)殚_啟制冷后,MeLHP冷端溫度驟降,回路熱管內(nèi)部工質(zhì)溫度不一致導(dǎo)致密度不一致,工質(zhì)會(huì)自發(fā)地向冷端流動(dòng)和聚集,導(dǎo)致熱端含氣量增加,在一定環(huán)境漏熱的影響下,低溫回路熱管易出現(xiàn)自啟動(dòng)現(xiàn)象,即未加熱源熱管內(nèi)便產(chǎn)生工質(zhì)的流動(dòng).而低充液率條件對(duì)自啟動(dòng)現(xiàn)象更加敏感,更易發(fā)生,因而其熱端溫度較低.我們發(fā)現(xiàn)對(duì)于常用的0.6充液率的LHP仍需要小功率加熱,熱端才有較大變化,從圖6中可以看出MeLHP在0.7充液率條件下才能保證與其啟動(dòng)曲線的相似.對(duì)各個(gè)過程進(jìn)行降溫速率的比較,實(shí)驗(yàn)開始降溫,各工況保持了相同的150W制冷機(jī)輸入功率,而當(dāng)冷端溫度降低至200K以后,為保證該MeLHP熱管最終穩(wěn)定在設(shè)定溫區(qū)170K,對(duì)制冷機(jī)功率進(jìn)行了機(jī)動(dòng)的調(diào)整.因此,本實(shí)驗(yàn)中考察降溫速率為加熱開啟后蒸發(fā)器溫度到達(dá)200K時(shí)間內(nèi)的溫度變化率,對(duì)MeLHP取多個(gè)蒸發(fā)器溫