液氮温区高效冷量传输器件设计与实验研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨帆 |
| 答辩日期 | 2011-07-20 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 董德平 |
| 关键词 | 冷量传输 传统低温热管 低温回路热管 液氮温区 |
| 学位专业 | 物理电子学 |
| 英文摘要 | 对于红外探测器的低温系统而言，其中近红外和中波红外使用的碲镉汞探测器的工作温度处于液氮温区，为了实现低温系统中制冷器与探测器焦平面之间的耦合，必须研制工作在液氮温区的高效冷量传输器件，以满足大冷量、长距离、小温差传输以及有效阻隔制冷器振动等要求。目前使用的紫铜冷链已经无法满足这些要求，因此本文的主要任务在于研制工作在液氮温区的两相流体传热器件，以应用于制冷器与探测器焦平面耦合。 液氮温区的两相流体传热器件包括传统低温热管和低温回路热管，针对这两类传热器件的设计，本文主要的观点是：在保证吸液芯提供的毛细压力能够满足低温热管运行的基本要求的前提下，传统低温热管与低温回路热管的传输极限由其冷凝器（段）的冷凝能力决定，尤其对于低温回路热管而言，通过选择不同的冷凝器，与相同的蒸发器进行匹配，有助于在不同冷量下表现出最优性能。 在本文中，将分别介绍传统低温热管的设计和实验结果，低温回路热管的设计和实验结果，并且指出这两大类两相流体传热器件在液氮温区的应用场合和使用前景。 针对传统低温热管的设计，本文中给出了传统低温热管设计流程，并依据该流程设计了一支使用“紫铜丝网+矩形槽道”作为吸液芯的传统低温热管，然后测试了其传热性能。为了解决传统低温热管从常温环境中降温缓慢的难题，作者设计了将常温气库连接到传统低温热管的冷凝段，降低其在常温环境下的存放压力从而提高传统低温热管在超临界启动时的降温速率。通过实验结果发现，对比不使用常温气库的传统低温热管，由于使用相同的管体部分，添加常温气库后其传热极限变化不大，但是使用气库之后的传统低温热管从室温状态降温到可启动状态的时间为40分钟。针对低温回路热管的研制，本文中根据实际应用环境的要求，从冷量传输角度将低温回路热管的研制分为小冷量传输和大冷量传输两个方向，并将主要目标针对低温回路热管冷凝器创新设计上，以实现低温回路热管的小型化，提高系统可靠性。同时通过设计具有不同冷凝能力的冷凝器与相同的蒸发器进行匹配，来分别满足大冷量和小冷量传输的需求。 针对小冷量传输的低温回路热管，本文设计了一种小型化冷凝器，改变了冷凝器的设计思路，在紫铜内部使用丝攻加工出螺纹管道作为工质流动通道，通过使用螺纹槽道作为强化凝结措施实现了冷凝器的小型化，同时使冷凝器具有次蒸发器的功能。在冷凝器表面布置加热片加热驱动冷凝器内部的工质流向蒸发器，可以实现低温回路热管的启动。该小型化低温回路热管传输距离310mm，最大传输能力为6W，在5W时，低温回路热管的热阻小于1K/W。针对大冷量传输的低温回路热管，本文中设计了具有更大冷凝能力的冷凝器，设计思路仍旧使用强化凝结措施将次蒸发器和冷凝器合二为一，修改了冷凝器的设计方式，在一个紫铜块上通过机加工的方法刻出蛇形槽道作为流动通道，然后在表面刻出凸起结构，从而实现强化凝结，在冷凝器的表面布置加热片，在降温过程中加热冷凝器驱动冷凝器内部的工质流向蒸发器。并且通过实验验证了该低温回路热管的传热性能。其传输距离670mm，最高传输能力为15W，在10W时的热阻为1.5K/W。 最后，针对传统低温热管、低温回路热管的设计结果和实验结果，指出本文中设计思路都通过了实验验证，并指出本文中研制的三种不同低温热管的应用前景，并通过三种低温热管的实验结果验证了作者的设计思路，同时提出在低温回路热管中冷凝器与蒸发器之间需要进行匹配的观点。 |
| 学科主题 | 红外系统与元部件 |
| 公开日期 | 2012-09-11 |
| 源URL | [http://202.127.1.142/handle/181331/5262]  |
| 专题 | 上海技术物理研究所_上海技物所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨帆. 液氮温区高效冷量传输器件设计与实验研究[D]. 中国科学院研究生院. 2011. |
入库方式： OAI收割
来源：上海技术物理研究所
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