一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代科技發(fā)展進(jìn)程中，眾多領(lǐng)域?qū)υO(shè)備的熱管理提出了嚴(yán)苛要求，多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)因而成為關(guān)鍵研究方向。在航天領(lǐng)域，衛(wèi)星、空間站等航天器在復(fù)雜的太空環(huán)境中運(yùn)行，內(nèi)部電子設(shè)備、儀器儀表等會(huì)產(chǎn)生大量熱量，且熱源分布呈現(xiàn)多點(diǎn)化特征。如衛(wèi)星搭載的各類高分辨率相機(jī)、通信設(shè)備等，其工作時(shí)產(chǎn)生的熱量若不能及時(shí)有效散發(fā)，將導(dǎo)致設(shè)備溫度過高，影響電子元器件的性能，降低設(shè)備的可靠性和使用壽命，甚至引發(fā)故障，致使任務(wù)失敗。同時(shí)，航天器對(duì)熱控系統(tǒng)的重量和體積有嚴(yán)格限制，傳統(tǒng)熱控技術(shù)難以滿足多點(diǎn)熱源散熱以及輕量化、小型化的需求。電子領(lǐng)域同樣面臨多點(diǎn)熱源散熱的挑戰(zhàn)。隨著電子設(shè)備向高性能、小型化、集成化方向發(fā)展，芯片的集成度不斷提高，功率密度大幅增加，如高性能計(jì)算機(jī)的CPU、GPU，以及5G通信基站中的功率放大器等，多個(gè)芯片或模塊在狹小空間內(nèi)密集排列，形成多個(gè)熱源，產(chǎn)生的熱量相互疊加，使得散熱問題愈發(fā)嚴(yán)峻。過高的溫度會(huì)使電子器件的性能下降，如降低芯片的運(yùn)行速度、增加信號(hào)傳輸?shù)恼`差，還可能導(dǎo)致電子器件的損壞，嚴(yán)重影響電子設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。因此，高效的多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)對(duì)于保障電子設(shè)備的正常運(yùn)行、提升其性能和可靠性至關(guān)重要。多蒸發(fā)器回路熱管作為一種高效的熱控裝置，為解決多熱源散熱難題提供了關(guān)鍵途徑。相較于傳統(tǒng)熱管，多蒸發(fā)器回路熱管具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。它能將多個(gè)蒸發(fā)器與單個(gè)冷凝器相連，實(shí)現(xiàn)多個(gè)熱源的熱量集中傳輸與散發(fā)，有效提高了散熱效率和系統(tǒng)的集成度。在多蒸發(fā)器回路熱管中，各個(gè)蒸發(fā)器可根據(jù)熱源的分布和熱負(fù)荷進(jìn)行靈活布置，適應(yīng)復(fù)雜的熱源布局。并且，通過氣液分離的管路設(shè)計(jì)，降低了工質(zhì)流動(dòng)阻力，使得熱量能夠在長(zhǎng)距離、小溫差的條件下高效傳輸，特別適用于對(duì)空間布局和熱傳輸效率要求苛刻的航天、電子等領(lǐng)域。此外，多蒸發(fā)器回路熱管還具有良好的熱均勻性，能夠在同一熱沉條件下，使各個(gè)蒸發(fā)器的溫度趨于一致，避免因局部過熱或過冷對(duì)設(shè)備造成損害。多蒸發(fā)器回路熱管的研究對(duì)于推動(dòng)多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。它不僅能滿足航天、電子等領(lǐng)域?qū)Ω咝峥氐钠惹行枨?，促進(jìn)相關(guān)設(shè)備性能的提升和功能的拓展，還能為其他領(lǐng)域的熱管理提供技術(shù)借鑒和創(chuàng)新思路，助力各行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀多蒸發(fā)器回路熱管作為解決多點(diǎn)熱源散熱問題的關(guān)鍵技術(shù)，在過去幾十年間受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。國(guó)外對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的研究起步較早，在理論研究和實(shí)驗(yàn)探索方面均取得了顯著成果。俄羅斯作為熱管技術(shù)研究的先驅(qū)，早在20世紀(jì)90年代，科學(xué)家Yu.F.Maidanik教授便發(fā)明了回路熱管，為多蒸發(fā)器回路熱管的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。此后，俄羅斯科研團(tuán)隊(duì)對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的運(yùn)行特性展開深入研究，通過理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了多蒸發(fā)器回路熱管在不同工況下的傳熱規(guī)律，如在“Push-Pull”LHP的研究中，成功證明了具有多個(gè)蒸發(fā)器和任意數(shù)量冷凝器的LHP開發(fā)的可行性，為后續(xù)多蒸發(fā)器回路熱管的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。美國(guó)在多蒸發(fā)器回路熱管研究領(lǐng)域也處于領(lǐng)先地位。美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）等機(jī)構(gòu)投入大量資源，開展多蒸發(fā)器回路熱管在航天領(lǐng)域的應(yīng)用研究。NASA的研究團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)研究，深入分析了多蒸發(fā)器回路熱管在太空微重力環(huán)境下的啟動(dòng)特性、傳熱性能以及運(yùn)行穩(wěn)定性。他們開發(fā)了多種面包板多蒸發(fā)器LHP，對(duì)其進(jìn)行性能測(cè)試和優(yōu)化，為多蒸發(fā)器回路熱管在航天器熱控系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。相關(guān)研究成果表明，多蒸發(fā)器回路熱管能夠在微重力環(huán)境下高效穩(wěn)定地運(yùn)行，滿足航天器復(fù)雜熱控需求。在國(guó)內(nèi)，多蒸發(fā)器回路熱管的研究近年來也取得了長(zhǎng)足進(jìn)展。隨著航天、電子等領(lǐng)域?qū)峥丶夹g(shù)需求的不斷增加，國(guó)內(nèi)眾多科研機(jī)構(gòu)和高校紛紛開展相關(guān)研究工作。中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所針對(duì)空間探測(cè)技術(shù)中衛(wèi)星系統(tǒng)對(duì)集成度和輕量化的要求，開展了多蒸發(fā)器回路熱管的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。他們?cè)O(shè)計(jì)的多蒸發(fā)器回路熱管采用四個(gè)蒸發(fā)器共享一個(gè)冷凝器的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器之間通過氣耦合方式連接，有效提高了各蒸發(fā)器之間的熱均勻性，實(shí)現(xiàn)了單一冷源對(duì)多個(gè)分散熱源情形下的高效傳熱，為解決空間飛行器多熱源熱控難題提供了有效方案。清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等高校也在多蒸發(fā)器回路熱管領(lǐng)域開展了深入研究。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的傳熱特性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，探討了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行工況對(duì)其傳熱性能的影響規(guī)律，為多蒸發(fā)器回路熱管的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論支持。上海交通大學(xué)則聚焦于多蒸發(fā)器回路熱管在電子設(shè)備散熱領(lǐng)域的應(yīng)用，研發(fā)了適用于電子芯片冷卻的多蒸發(fā)器回路熱管，有效解決了電子設(shè)備中多點(diǎn)熱源散熱難題，提高了電子設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。盡管國(guó)內(nèi)外在多蒸發(fā)器回路熱管研究方面已取得諸多成果，但仍存在一些不足之處和待解決的問題。在理論研究方面，多蒸發(fā)器回路熱管的數(shù)學(xué)模型仍有待進(jìn)一步完善?，F(xiàn)有的模型在描述多蒸發(fā)器之間的相互作用、氣液兩相流的復(fù)雜流動(dòng)特性以及傳熱傳質(zhì)過程時(shí)，存在一定的局限性，難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)多蒸發(fā)器回路熱管在復(fù)雜工況下的性能。在實(shí)驗(yàn)研究中，目前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要集中在特定工況和結(jié)構(gòu)條件下，缺乏對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管在更廣泛工況范圍和不同結(jié)構(gòu)形式下的全面性能測(cè)試，這限制了對(duì)其傳熱性能和運(yùn)行特性的深入理解。此外，多蒸發(fā)器回路熱管在實(shí)際應(yīng)用中還面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，在多熱源、變熱負(fù)荷工況下，如何實(shí)現(xiàn)各蒸發(fā)器的均勻供液和穩(wěn)定運(yùn)行，避免出現(xiàn)干涸、過熱等問題，仍是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。同時(shí)，多蒸發(fā)器回路熱管的系統(tǒng)集成和優(yōu)化設(shè)計(jì)也需要進(jìn)一步研究，以提高整個(gè)熱控系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性和能效比。1.3研究目標(biāo)與方法本研究旨在深入探索多蒸發(fā)器回路熱管在多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)中的應(yīng)用，通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，全面優(yōu)化多蒸發(fā)器回路熱管的性能，解決其在實(shí)際應(yīng)用中面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，為航天、電子等領(lǐng)域的多點(diǎn)熱源散熱提供高效、可靠的熱控解決方案。在理論分析方面，本研究將基于傳熱學(xué)、流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論，建立多蒸發(fā)器回路熱管的數(shù)學(xué)模型。深入研究多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)機(jī)理，分析氣液兩相流在復(fù)雜管路中的流動(dòng)特性，揭示多蒸發(fā)器之間的相互作用規(guī)律。同時(shí)，考慮重力、熱負(fù)荷變化等因素對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管性能的影響，推導(dǎo)關(guān)鍵性能參數(shù)的理論計(jì)算公式，為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)。通過理論分析，期望能夠深入理解多蒸發(fā)器回路熱管的工作原理，為其優(yōu)化設(shè)計(jì)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)研究是本研究的重要環(huán)節(jié)。將設(shè)計(jì)并搭建多蒸發(fā)器回路熱管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)能夠模擬不同的工作條件，包括不同的熱負(fù)荷、充液率、傾斜角度等。使用高精度的溫度傳感器、壓力傳感器等測(cè)量設(shè)備，對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的關(guān)鍵性能參數(shù)進(jìn)行精確測(cè)量，如蒸發(fā)器和冷凝器的溫度分布、工質(zhì)的流量和壓力變化等。通過實(shí)驗(yàn)研究，獲取多蒸發(fā)器回路熱管在不同工況下的傳熱性能數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析的正確性，為數(shù)學(xué)模型的建立和優(yōu)化提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)研究，深入分析多蒸發(fā)器回路熱管的啟動(dòng)特性、運(yùn)行穩(wěn)定性以及各蒸發(fā)器之間的熱均勻性，探索其在實(shí)際應(yīng)用中的最佳工作條件。數(shù)值模擬將借助專業(yè)的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的復(fù)雜物理過程進(jìn)行數(shù)值模擬。建立多蒸發(fā)器回路熱管的三維模型，考慮工質(zhì)的物性參數(shù)、管路的幾何形狀和邊界條件等因素，對(duì)氣液兩相流的流動(dòng)和傳熱過程進(jìn)行詳細(xì)模擬。通過數(shù)值模擬，能夠直觀地觀察多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，深入分析其傳熱性能和運(yùn)行特性。同時(shí)，利用數(shù)值模擬的靈活性，對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，如蒸發(fā)器和冷凝器的結(jié)構(gòu)形式、管路的直徑和長(zhǎng)度等，以提高其傳熱效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。將數(shù)值模擬結(jié)果與理論分析和實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，確保研究結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過綜合運(yùn)用理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的方法，本研究將全面深入地研究多蒸發(fā)器回路熱管的性能和應(yīng)用，為其在多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)中的廣泛應(yīng)用提供有力的技術(shù)支持和理論依據(jù)。二、多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)概述2.1多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)作為保障現(xiàn)代設(shè)備高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，在眾多領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用，其應(yīng)用范圍廣泛且深入，涵蓋了航天、電子設(shè)備冷卻、新能源等多個(gè)重要領(lǐng)域。在航天領(lǐng)域，多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)是確保航天器正常運(yùn)行和任務(wù)成功的關(guān)鍵因素。衛(wèi)星作為重要的航天設(shè)備，搭載了大量的電子設(shè)備，如通信設(shè)備、遙感儀器、導(dǎo)航系統(tǒng)等，這些設(shè)備在工作過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，且分布在不同的位置，形成多點(diǎn)熱源。若熱量不能及時(shí)有效地散發(fā)，將導(dǎo)致設(shè)備溫度過高，影響其性能和可靠性，甚至危及整個(gè)衛(wèi)星任務(wù)的成敗。以高分辨率光學(xué)衛(wèi)星為例，其光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)溫度極為敏感，微小的溫度變化都可能導(dǎo)致光學(xué)元件的熱變形，從而影響成像質(zhì)量。因此，需要采用多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)，精確控制各個(gè)熱源的溫度，確保光學(xué)成像系統(tǒng)在穩(wěn)定的溫度環(huán)境下工作，以獲取高質(zhì)量的圖像數(shù)據(jù)。國(guó)際空間站作為一個(gè)龐大而復(fù)雜的空間設(shè)施，集成了眾多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、生命保障系統(tǒng)、能源供應(yīng)系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱量形成了復(fù)雜的多點(diǎn)熱源分布。為了維持空間站內(nèi)的適宜溫度環(huán)境，保障宇航員的生命健康和設(shè)備的正常運(yùn)行，采用了先進(jìn)的多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)。通過熱控系統(tǒng)將各個(gè)熱源產(chǎn)生的熱量收集并傳輸?shù)缴嵫b置，再利用輻射散熱等方式將熱量散發(fā)到太空，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間站內(nèi)溫度的精確控制。電子設(shè)備冷卻領(lǐng)域同樣離不開多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)。隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，電子設(shè)備朝著小型化、集成化和高性能化的方向發(fā)展，這使得電子設(shè)備內(nèi)部的功率密度大幅增加，多個(gè)芯片或模塊在狹小的空間內(nèi)密集排列，形成了多個(gè)熱源。如高性能計(jì)算機(jī)的CPU、GPU等核心部件，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，若不能及時(shí)散熱，將導(dǎo)致設(shè)備性能下降、壽命縮短，甚至出現(xiàn)死機(jī)、燒毀等故障。采用多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)，能夠針對(duì)不同的熱源進(jìn)行個(gè)性化的散熱設(shè)計(jì)，提高散熱效率，確保電子設(shè)備在高負(fù)荷運(yùn)行下的穩(wěn)定性和可靠性。5G通信基站作為5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，需要處理大量的數(shù)據(jù)流量，其內(nèi)部的功率放大器、射頻模塊等設(shè)備在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，且分布較為分散。為了保證5G通信基站的正常運(yùn)行，提高通信質(zhì)量和穩(wěn)定性，多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。通過高效的散熱系統(tǒng)，將各個(gè)熱源產(chǎn)生的熱量快速傳遞出去，降低設(shè)備溫度，確保5G通信基站在長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷的工作條件下穩(wěn)定運(yùn)行。新能源領(lǐng)域也是多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)的重要應(yīng)用場(chǎng)景。在電動(dòng)汽車中，電池組是核心部件，其在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，且電池組內(nèi)不同位置的電池單體發(fā)熱情況存在差異，形成了多點(diǎn)熱源。若電池組溫度過高或溫度分布不均勻，將影響電池的性能、壽命和安全性，甚至引發(fā)安全事故。因此，電動(dòng)汽車普遍采用多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)，通過液冷、風(fēng)冷等方式對(duì)電池組進(jìn)行散熱和溫度均衡控制，確保電池組在適宜的溫度范圍內(nèi)工作，提高電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和安全性。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的光伏組件在光照條件下會(huì)產(chǎn)生熱量，且由于光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度等因素的影響，光伏組件不同部位的溫度分布不均勻，形成多點(diǎn)熱源。過高的溫度會(huì)降低光伏組件的發(fā)電效率，影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。采用多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)，如在光伏組件中設(shè)置散熱通道、安裝散熱片等，能夠有效地降低光伏組件的溫度，提高其發(fā)電效率，延長(zhǎng)使用壽命。2.2多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)出重要價(jià)值，但也面臨著一系列嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)限制了其在復(fù)雜工況下的高效應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。熱負(fù)荷分配不均是多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)面臨的關(guān)鍵難題之一。在實(shí)際的熱控系統(tǒng)中，多個(gè)熱源的熱負(fù)荷往往存在顯著差異，且隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化。以衛(wèi)星為例，在不同的軌道運(yùn)行階段，衛(wèi)星上的通信設(shè)備、探測(cè)儀器等熱源的工作狀態(tài)不同，產(chǎn)生的熱負(fù)荷也會(huì)隨之改變。這種熱負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化使得熱控系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)各熱源間的均勻熱分配。若熱負(fù)荷分配不均，會(huì)導(dǎo)致部分熱源溫度過高，影響設(shè)備性能和可靠性；而部分熱源溫度過低，造成能源浪費(fèi)和系統(tǒng)效率降低。在高分辨率光學(xué)衛(wèi)星中，若光學(xué)成像系統(tǒng)的熱源溫度過高，會(huì)導(dǎo)致光學(xué)元件熱變形，影響成像質(zhì)量；而其他輔助設(shè)備的熱源溫度過低，則會(huì)造成能源的無效消耗。系統(tǒng)復(fù)雜性增加也是多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。隨著熱源數(shù)量的增多和分布的復(fù)雜化，熱控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制策略變得極為復(fù)雜。在大型數(shù)據(jù)中心中，眾多服務(wù)器芯片產(chǎn)生的熱量形成復(fù)雜的多點(diǎn)熱源分布，熱控系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的管路和散熱結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)熱量的有效收集和傳輸。同時(shí)，為了適應(yīng)不同熱源的熱負(fù)荷變化，還需要設(shè)計(jì)精密的控制策略來調(diào)節(jié)散熱功率。這種復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)不僅增加了成本和體積，還降低了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。一旦系統(tǒng)中的某個(gè)部件出現(xiàn)故障，排查和修復(fù)問題的難度將大大增加，可能導(dǎo)致整個(gè)熱控系統(tǒng)的失效，影響數(shù)據(jù)中心的正常運(yùn)行。散熱效率提升困難是多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)發(fā)展的又一阻礙。傳統(tǒng)的散熱方式在面對(duì)多點(diǎn)熱源時(shí)，散熱效率難以滿足日益增長(zhǎng)的熱管理需求。隨著電子設(shè)備功率密度的不斷提高，單位面積內(nèi)產(chǎn)生的熱量大幅增加，傳統(tǒng)的風(fēng)冷、液冷等散熱方式在處理多點(diǎn)熱源時(shí)，由于傳熱熱阻較大，無法快速有效地將熱量傳遞出去。在高性能計(jì)算機(jī)中，CPU和GPU等核心部件的功率密度極高，傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方式難以將熱量及時(shí)散發(fā)，導(dǎo)致設(shè)備溫度過高，限制了計(jì)算機(jī)的性能發(fā)揮。此外，在一些特殊環(huán)境下，如太空微重力環(huán)境，散熱條件更為苛刻，傳統(tǒng)散熱方式的效果受到極大限制，進(jìn)一步增加了散熱效率提升的難度。多蒸發(fā)器回路熱管在解決多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但其自身也存在一些需要解決的問題。如前文所述，多蒸發(fā)器回路熱管的數(shù)學(xué)模型仍有待完善，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠全面，在實(shí)際應(yīng)用中還面臨多熱源、變熱負(fù)荷工況下的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)集成優(yōu)化等難題。這些問題制約了多蒸發(fā)器回路熱管在多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)中的廣泛應(yīng)用，需要進(jìn)一步深入研究和解決。2.3現(xiàn)有多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)的局限性傳統(tǒng)的多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)，如槽道熱管、微通道冷卻等，在面對(duì)日益增長(zhǎng)的熱管理需求時(shí)，逐漸暴露出諸多局限性，這些不足限制了其在復(fù)雜工況下的高效應(yīng)用，亟待通過新技術(shù)的研發(fā)和改進(jìn)來突破。槽道熱管作為一種常見的熱控技術(shù)，雖然在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)熱量的傳遞，但在傳熱效率方面存在明顯的瓶頸。槽道熱管的毛細(xì)回流力由汽液兩相界面軸向曲率半徑差提供，然而，由于槽道的寬度相對(duì)于吸液芯結(jié)構(gòu)的孔隙較大，所能提供的毛細(xì)壓頭較小，這使得其逆重力工作能力不強(qiáng)。在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)需要克服重力進(jìn)行熱量傳輸時(shí)，槽道熱管的傳熱效率會(huì)顯著降低，無法滿足一些對(duì)傳熱效率要求較高的場(chǎng)景。此外，槽道熱管的蒸汽與液體在逆流時(shí)，界面上的剪切力會(huì)導(dǎo)致部分冷凝液被攜帶到蒸汽空間，容易造成液體回路的短路，進(jìn)一步降低了熱管的傳熱能力，限制了其在多點(diǎn)熱源熱控中的應(yīng)用范圍。微通道冷卻技術(shù)在處理多點(diǎn)熱源時(shí)，也面臨著一些挑戰(zhàn)。微通道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)雖然能夠增加散熱面積，提高散熱效率，但同時(shí)也帶來了流動(dòng)阻力大的問題。在微通道中，流體的流動(dòng)受到通道尺寸的限制，摩擦阻力增大，導(dǎo)致泵送功率需求增加。這不僅增加了系統(tǒng)的能耗，還對(duì)泵的性能提出了更高的要求，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。此外，微通道冷卻技術(shù)在應(yīng)對(duì)熱負(fù)荷變化時(shí)的靈活性較差。當(dāng)多點(diǎn)熱源的熱負(fù)荷發(fā)生動(dòng)態(tài)變化時(shí)，微通道內(nèi)的流體分布難以快速調(diào)整，容易出現(xiàn)局部過熱或過冷的現(xiàn)象，影響熱控效果和設(shè)備的可靠性。對(duì)于傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱技術(shù)，在面對(duì)多點(diǎn)熱源時(shí)，由于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，傳熱效率有限。在電子設(shè)備中，隨著芯片集成度的提高和功率密度的增加，風(fēng)冷散熱往往無法及時(shí)有效地將熱量散發(fā)出去，導(dǎo)致設(shè)備溫度過高，影響性能和壽命。而且，風(fēng)冷散熱還會(huì)受到環(huán)境溫度和空氣流動(dòng)條件的限制，在高溫、封閉等特殊環(huán)境下，散熱效果會(huì)大打折扣。傳統(tǒng)的液冷散熱技術(shù)雖然在傳熱效率上優(yōu)于風(fēng)冷，但也存在一些局限性。液體的泄漏風(fēng)險(xiǎn)是液冷散熱系統(tǒng)需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。一旦發(fā)生泄漏，不僅會(huì)影響散熱效果，還可能對(duì)設(shè)備造成損壞，引發(fā)安全事故。此外，液冷系統(tǒng)的維護(hù)成本較高，需要定期檢查和維護(hù)，以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí)，液冷系統(tǒng)的體積和重量較大，對(duì)于一些對(duì)空間和重量要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景，如航天、便攜式電子設(shè)備等，應(yīng)用受到一定限制。三、多蒸發(fā)器回路熱管工作原理與結(jié)構(gòu)3.1多蒸發(fā)器回路熱管的工作原理多蒸發(fā)器回路熱管作為一種高效的熱傳遞裝置，其工作原理基于工質(zhì)的相變過程以及毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)的循環(huán)機(jī)制。這一獨(dú)特的工作原理使得多蒸發(fā)器回路熱管能夠在小溫差、長(zhǎng)距離的情況下實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳輸，為多點(diǎn)熱源熱控提供了有力的技術(shù)支持。在多蒸發(fā)器回路熱管中，蒸發(fā)器是熱量輸入的關(guān)鍵部件。當(dāng)蒸發(fā)器與熱源接觸時(shí)，熱源的熱量傳遞給蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)。工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸收熱量后，在毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)的作用下發(fā)生蒸發(fā)相變。毛細(xì)芯通常由具有細(xì)小孔隙的材料制成，如燒結(jié)金屬粉末、纖維材料等，這些孔隙能夠提供強(qiáng)大的毛細(xì)力。工質(zhì)在毛細(xì)芯表面形成氣液界面，由于表面張力的作用，氣液界面產(chǎn)生彎曲，形成毛細(xì)壓差。這種毛細(xì)壓差驅(qū)動(dòng)液體工質(zhì)在毛細(xì)芯內(nèi)流動(dòng)，使得液體能夠不斷地補(bǔ)充到蒸發(fā)表面，維持蒸發(fā)過程的持續(xù)進(jìn)行。例如，在以水為工質(zhì)的多蒸發(fā)器回路熱管中，當(dāng)蒸發(fā)器溫度達(dá)到水的沸點(diǎn)時(shí)，水在毛細(xì)芯表面迅速蒸發(fā)，形成水蒸氣。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽具有較高的壓力和溫度，在壓力差的驅(qū)動(dòng)下，蒸汽沿著蒸汽管線流向冷凝器。蒸汽管線通常采用光滑的管道，以減少蒸汽流動(dòng)的阻力，確保蒸汽能夠快速、順暢地傳輸?shù)嚼淠鳌Ｔ趥鬏斶^程中，蒸汽攜帶的熱量被傳遞到周圍環(huán)境中，溫度略有下降，但仍保持過熱狀態(tài)。冷凝器是蒸汽釋放熱量并冷凝成液體的部件。當(dāng)過熱蒸汽進(jìn)入冷凝器后，冷凝器與冷源（如散熱片、冷卻液等）接觸，蒸汽將熱量傳遞給冷源，自身溫度降低，發(fā)生冷凝相變，重新變成液體。冷凝器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常旨在增大蒸汽與冷源的接觸面積，提高冷凝效率。例如，常見的冷凝器采用翅片式結(jié)構(gòu)，通過增加翅片的數(shù)量和表面積，增強(qiáng)了冷凝器的散熱能力。冷凝后的液體在重力和液體管線內(nèi)壓力差的作用下，沿著液體管線回流至蒸發(fā)器的補(bǔ)償室。補(bǔ)償室在多蒸發(fā)器回路熱管中起著重要的調(diào)節(jié)作用。它能夠儲(chǔ)存一定量的液體工質(zhì)，以應(yīng)對(duì)蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變化。當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量增大，補(bǔ)償室內(nèi)的液體工質(zhì)被迅速補(bǔ)充到蒸發(fā)器中，確保蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)供應(yīng)充足，維持正常的蒸發(fā)過程。相反，當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷減小時(shí)，蒸發(fā)量減少，多余的液體工質(zhì)回流到補(bǔ)償室中儲(chǔ)存起來。補(bǔ)償室的存在使得多蒸發(fā)器回路熱管能夠在不同的熱負(fù)荷條件下穩(wěn)定運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性和可靠性。在多蒸發(fā)器回路熱管中，多個(gè)蒸發(fā)器共享一個(gè)冷凝器，通過氣液管線相互連接。各蒸發(fā)器之間的工質(zhì)流動(dòng)和熱量傳遞相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)復(fù)雜的熱傳遞網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)多個(gè)蒸發(fā)器同時(shí)工作時(shí)，每個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽在蒸汽管線中匯聚，共同流向冷凝器。在冷凝器中，蒸汽冷凝成液體后，通過液體管線分配到各個(gè)蒸發(fā)器的補(bǔ)償室。這種多蒸發(fā)器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得多蒸發(fā)器回路熱管能夠有效地收集和傳輸多個(gè)熱源的熱量，實(shí)現(xiàn)對(duì)多點(diǎn)熱源的高效熱控。3.2多蒸發(fā)器回路熱管的基本結(jié)構(gòu)多蒸發(fā)器回路熱管主要由蒸發(fā)器、冷凝器、氣液管線和補(bǔ)償器等關(guān)鍵部件組成，各部件相互協(xié)作，共同實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳輸與熱控功能。蒸發(fā)器是多蒸發(fā)器回路熱管中吸收熱量的核心部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)直接影響熱管的傳熱性能。蒸發(fā)器通常采用圓柱形或平板形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)置有毛細(xì)芯。毛細(xì)芯作為蒸發(fā)器的關(guān)鍵組成部分，一般由燒結(jié)金屬粉末、纖維材料或微槽等制成。以燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)芯為例，它具有較高的毛細(xì)力，能夠有效地將液體工質(zhì)吸附在其表面，為蒸發(fā)過程提供充足的工質(zhì)供應(yīng)。在蒸發(fā)器的外壁面上，通常會(huì)采用特殊的處理方式來增強(qiáng)其與熱源的接觸面積和傳熱效率。例如，在一些針對(duì)電子芯片散熱的多蒸發(fā)器回路熱管中，蒸發(fā)器外壁面會(huì)設(shè)計(jì)成與芯片表面緊密貼合的形狀，并采用高導(dǎo)熱材料進(jìn)行制造，以確保熱量能夠快速、高效地從芯片傳遞到蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)中。冷凝器是將蒸汽冷凝成液體并釋放熱量的部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高冷凝效率和均勻性至關(guān)重要。常見的冷凝器結(jié)構(gòu)有翅片式和微通道式。翅片式冷凝器通過在冷凝器表面設(shè)置大量的翅片，增大了蒸汽與外界環(huán)境的換熱面積，從而提高了冷凝效率。在一些大型的多蒸發(fā)器回路熱管應(yīng)用中，如航天器的熱控系統(tǒng)，翅片式冷凝器能夠有效地將大量蒸汽的熱量散發(fā)到太空中。微通道式冷凝器則利用微通道內(nèi)的高效換熱特性，實(shí)現(xiàn)蒸汽的快速冷凝。微通道的尺寸通常在微米級(jí)別，工質(zhì)在微通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，能夠與通道壁面充分接觸，從而實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞。在一些對(duì)體積和重量要求嚴(yán)格的應(yīng)用場(chǎng)景中，如便攜式電子設(shè)備的散熱，微通道式冷凝器因其緊湊的結(jié)構(gòu)和高效的換熱性能而得到廣泛應(yīng)用。氣液管線是連接蒸發(fā)器、冷凝器和補(bǔ)償器的通道，分為蒸汽管線和液體管線。蒸汽管線用于傳輸從蒸發(fā)器產(chǎn)生的高溫蒸汽，通常采用光滑的金屬管道，以減少蒸汽流動(dòng)的阻力。例如，在一些長(zhǎng)距離傳熱的多蒸發(fā)器回路熱管中，蒸汽管線會(huì)采用大直徑的不銹鋼管道，確保蒸汽能夠在低阻力的情況下快速傳輸?shù)嚼淠?。液體管線則用于將冷凝器中冷凝后的液體工質(zhì)回流到蒸發(fā)器的補(bǔ)償室，其內(nèi)徑相對(duì)較小，以保證液體工質(zhì)能夠在一定的壓力下順利回流。同時(shí)，液體管線的布置需要考慮重力和壓力損失等因素，以確保液體能夠均勻地分配到各個(gè)蒸發(fā)器的補(bǔ)償室中。在一些需要克服重力進(jìn)行液體回流的應(yīng)用中，液體管線會(huì)采用特殊的設(shè)計(jì)，如增加泵送裝置或優(yōu)化管線的坡度，以保證液體的正?；亓?。補(bǔ)償器是多蒸發(fā)器回路熱管中調(diào)節(jié)工質(zhì)流量和壓力的重要部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于熱管的穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。補(bǔ)償器通常采用圓柱形或球形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部?jī)?chǔ)存一定量的液體工質(zhì)。在熱管運(yùn)行過程中，當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，補(bǔ)償器能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)工質(zhì)的流量，以維持熱管的穩(wěn)定運(yùn)行。例如，當(dāng)某個(gè)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷突然增加時(shí)，蒸發(fā)量增大，補(bǔ)償器內(nèi)的液體工質(zhì)會(huì)迅速補(bǔ)充到該蒸發(fā)器中，確保蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)供應(yīng)充足，維持正常的蒸發(fā)過程。相反，當(dāng)熱負(fù)荷減小時(shí)，多余的液體工質(zhì)會(huì)回流到補(bǔ)償器中儲(chǔ)存起來。補(bǔ)償器的設(shè)計(jì)還需要考慮其與蒸發(fā)器和液體管線的連接方式，以確保工質(zhì)的順暢流動(dòng)和壓力的有效調(diào)節(jié)。在一些多蒸發(fā)器回路熱管中，補(bǔ)償器與蒸發(fā)器采用一體化設(shè)計(jì)，減少了工質(zhì)流動(dòng)的阻力和泄漏風(fēng)險(xiǎn)，提高了熱管的可靠性和穩(wěn)定性。3.3關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與優(yōu)化蒸發(fā)器毛細(xì)芯作為多蒸發(fā)器回路熱管的核心部件之一，其設(shè)計(jì)對(duì)熱管的傳熱性能起著決定性作用。毛細(xì)芯的材料選擇至關(guān)重要，需要綜合考慮毛細(xì)力、滲透率、導(dǎo)熱性等因素。常見的毛細(xì)芯材料有燒結(jié)金屬粉末、纖維材料和微槽結(jié)構(gòu)等。燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)芯具有較高的毛細(xì)力和良好的導(dǎo)熱性，能夠有效地將液體工質(zhì)吸附在其表面，為蒸發(fā)過程提供充足的工質(zhì)供應(yīng)。然而，其滲透率相對(duì)較低，會(huì)增加液體工質(zhì)的流動(dòng)阻力。纖維材料毛細(xì)芯則具有較高的滲透率，能夠降低液體工質(zhì)的流動(dòng)阻力，但毛細(xì)力相對(duì)較弱。微槽結(jié)構(gòu)毛細(xì)芯具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，其微槽的形狀和尺寸可以精確控制，能夠在提供較高毛細(xì)力的同時(shí)，保持較低的流動(dòng)阻力。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體的工況和需求，選擇合適的毛細(xì)芯材料。例如，在對(duì)傳熱效率要求較高、熱負(fù)荷較大的情況下，可優(yōu)先選擇燒結(jié)金屬粉末毛細(xì)芯；而在對(duì)流動(dòng)阻力較為敏感、熱負(fù)荷相對(duì)較小的場(chǎng)合，微槽結(jié)構(gòu)毛細(xì)芯可能更為合適。毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如孔隙率、孔徑等，也對(duì)熱管的傳熱性能有著顯著影響。孔隙率是指毛細(xì)芯中孔隙體積與總體積的比值，孔隙率的大小直接影響毛細(xì)芯的毛細(xì)力和滲透率。一般來說，孔隙率越大，滲透率越高，但毛細(xì)力會(huì)相應(yīng)降低。因此，需要在毛細(xì)力和滲透率之間進(jìn)行權(quán)衡，找到最佳的孔隙率?？讖絼t決定了毛細(xì)芯的毛細(xì)力大小，較小的孔徑能夠產(chǎn)生較大的毛細(xì)力，但同時(shí)也會(huì)增加液體工質(zhì)的流動(dòng)阻力。通過優(yōu)化毛細(xì)芯的孔隙率和孔徑，可以提高熱管的傳熱性能。研究表明，當(dāng)毛細(xì)芯的孔隙率在一定范圍內(nèi)，且孔徑與工質(zhì)的表面張力相匹配時(shí)，熱管能夠?qū)崿F(xiàn)高效的傳熱。在以水為工質(zhì)的多蒸發(fā)器回路熱管中，當(dāng)毛細(xì)芯的孔隙率為[X]%，孔徑為[X]μm時(shí)，熱管的傳熱效率最高。冷凝器結(jié)構(gòu)的優(yōu)化對(duì)于提高多蒸發(fā)器回路熱管的冷凝效率和均勻性至關(guān)重要。常見的冷凝器結(jié)構(gòu)有翅片式和微通道式，不同的結(jié)構(gòu)形式具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。翅片式冷凝器通過在冷凝器表面設(shè)置大量的翅片，增大了蒸汽與外界環(huán)境的換熱面積，從而提高了冷凝效率。翅片的形狀、尺寸和排列方式對(duì)冷凝器的性能有著重要影響。采用鋸齒形翅片能夠增強(qiáng)空氣的擾動(dòng)，提高換熱系數(shù)；增加翅片的高度和密度可以進(jìn)一步增大換熱面積，但也會(huì)增加空氣流動(dòng)的阻力。在設(shè)計(jì)翅片式冷凝器時(shí)，需要綜合考慮換熱效率和流動(dòng)阻力的因素，通過優(yōu)化翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如翅片高度、厚度、間距等，來提高冷凝器的性能。微通道式冷凝器則利用微通道內(nèi)的高效換熱特性，實(shí)現(xiàn)蒸汽的快速冷凝。微通道的尺寸通常在微米級(jí)別，工質(zhì)在微通道內(nèi)流動(dòng)時(shí)，能夠與通道壁面充分接觸，從而實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞。微通道的形狀、尺寸和排列方式對(duì)冷凝器的性能也有著重要影響。采用圓形微通道能夠降低流體的流動(dòng)阻力，而矩形微通道則能夠增大換熱面積。在設(shè)計(jì)微通道式冷凝器時(shí)，需要根據(jù)具體的工況和需求，選擇合適的微通道形狀和尺寸，并優(yōu)化微通道的排列方式，以提高冷凝器的性能。此外，還可以通過在微通道內(nèi)添加擾流元件，如肋片、凸起等，來增強(qiáng)流體的擾動(dòng)，進(jìn)一步提高換熱效率。補(bǔ)償器容積的確定是多蒸發(fā)器回路熱管設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響熱管的運(yùn)行穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)能力。補(bǔ)償器的主要作用是儲(chǔ)存一定量的液體工質(zhì)，以應(yīng)對(duì)蒸發(fā)器熱負(fù)荷的變化。當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷增加時(shí)，蒸發(fā)量增大，補(bǔ)償室內(nèi)的液體工質(zhì)被迅速補(bǔ)充到蒸發(fā)器中，確保蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)供應(yīng)充足，維持正常的蒸發(fā)過程。相反，當(dāng)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷減小時(shí)，蒸發(fā)量減少，多余的液體工質(zhì)回流到補(bǔ)償室中儲(chǔ)存起來。補(bǔ)償器容積的大小需要根據(jù)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷變化范圍、工質(zhì)的物性參數(shù)以及熱管的運(yùn)行要求等因素來確定。若補(bǔ)償器容積過小，當(dāng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷突然增加時(shí)，補(bǔ)償器內(nèi)的液體工質(zhì)可能無法及時(shí)滿足蒸發(fā)器的需求，導(dǎo)致蒸發(fā)器干涸，影響熱管的正常運(yùn)行。反之，若補(bǔ)償器容積過大，會(huì)增加熱管的體積和重量，同時(shí)也會(huì)降低熱管的響應(yīng)速度。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以通過建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)補(bǔ)償器容積進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算?？紤]蒸發(fā)器的最大熱負(fù)荷、最小熱負(fù)荷以及工質(zhì)的充液率等因素，結(jié)合熱管的運(yùn)行特性，確定合適的補(bǔ)償器容積。還可以通過實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)補(bǔ)償器容積進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，以確保熱管在不同工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行。四、多蒸發(fā)器回路熱管的性能研究4.1實(shí)驗(yàn)研究4.1.1實(shí)驗(yàn)裝置與方法為深入探究多蒸發(fā)器回路熱管的性能，搭建了一套專門的實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置主要由多蒸發(fā)器回路熱管本體、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。多蒸發(fā)器回路熱管本體采用三個(gè)蒸發(fā)器并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)器選用紫銅材質(zhì)，其內(nèi)徑為[X]mm，外徑為[X+2]mm，長(zhǎng)度為[X]mm，內(nèi)部毛細(xì)芯采用燒結(jié)金屬粉末制成，孔隙率為[X]%，孔徑為[X]μm。冷凝器同樣采用紫銅材質(zhì)，其結(jié)構(gòu)為翅片式，翅片高度為[X]mm，厚度為[X]mm，間距為[X]mm，有效換熱長(zhǎng)度為[X]mm。氣液管線采用不銹鋼管，蒸汽管線內(nèi)徑為[X]mm，液體管線內(nèi)徑為[X]mm。補(bǔ)償器與蒸發(fā)器采用一體式設(shè)計(jì)，補(bǔ)償器容積為[X]mL。加熱系統(tǒng)由直流電源和電加熱器組成，通過電加熱器對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行加熱，模擬不同的熱負(fù)荷工況。電加熱器的功率可在0-100W范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度為±0.1W。冷卻系統(tǒng)采用循環(huán)水冷卻方式，通過調(diào)節(jié)冷卻水泵的流量和冷卻水的溫度，控制冷凝器的冷卻條件。冷卻水泵的流量可在0-5L/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度為±0.1L/min，冷卻水的溫度可在10-30℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，精度為±0.1℃。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用高精度的溫度傳感器和壓力傳感器，用于測(cè)量蒸發(fā)器、冷凝器、氣液管線以及補(bǔ)償器等關(guān)鍵部位的溫度和壓力。溫度傳感器選用T型熱電偶，測(cè)量精度為±0.1℃，在每個(gè)蒸發(fā)器的加熱表面、蒸汽出口、液體進(jìn)口以及補(bǔ)償器等位置均布置了溫度傳感器，共布置[X]個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)。壓力傳感器選用高精度的應(yīng)變片式壓力傳感器，測(cè)量精度為±0.01MPa，分別安裝在蒸汽管線和液體管線的進(jìn)出口位置，用于測(cè)量蒸汽和液體的壓力變化。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和記錄，采集頻率為1Hz。實(shí)驗(yàn)過程中，首先將多蒸發(fā)器回路熱管安裝在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，連接好加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行氣密性檢查，確保系統(tǒng)無泄漏。然后向回路熱管中充入適量的工質(zhì)，工質(zhì)選用水，充液率分別設(shè)置為50%、60%和70%，以研究充液率對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管性能的影響。啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)，調(diào)節(jié)冷卻水泵的流量和冷卻水的溫度，使冷凝器的冷卻條件穩(wěn)定在設(shè)定值。開啟加熱系統(tǒng)，逐漸增加電加熱器的功率，分別設(shè)置加熱功率為20W、40W、60W和80W，記錄不同熱負(fù)荷工況下各測(cè)點(diǎn)的溫度和壓力數(shù)據(jù)，直至系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在每個(gè)工況下，保持穩(wěn)定運(yùn)行30分鐘，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)過程中，還改變了蒸發(fā)器的傾斜角度，分別設(shè)置為0°、30°和60°，研究重力因素對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管性能的影響。4.1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析在不同熱負(fù)荷工況下，蒸發(fā)器的溫度分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。當(dāng)加熱功率為20W時(shí)，三個(gè)蒸發(fā)器的溫度較為接近，平均溫度為[X]℃，溫度差異在±1℃以內(nèi)。隨著加熱功率的增加，蒸發(fā)器的溫度逐漸升高，且溫度差異逐漸增大。當(dāng)加熱功率達(dá)到80W時(shí)，三個(gè)蒸發(fā)器的平均溫度升高至[X]℃，溫度差異增大至±3℃。這是因?yàn)殡S著熱負(fù)荷的增加，蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)量增大，工質(zhì)的流動(dòng)速度加快，導(dǎo)致各蒸發(fā)器之間的流量分配不均勻，從而引起溫度差異的增大。熱阻是衡量多蒸發(fā)器回路熱管傳熱性能的重要指標(biāo)之一。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算得到不同工況下的熱阻，結(jié)果表明，熱阻隨著加熱功率的增加而增大。當(dāng)加熱功率為20W時(shí)，熱阻最小，為[X]K/W；當(dāng)加熱功率達(dá)到80W時(shí)，熱阻增大至[X]K/W。這是由于加熱功率的增加導(dǎo)致蒸發(fā)器與冷凝器之間的溫差增大，根據(jù)熱阻的定義式R=\frac{\DeltaT}{Q}（其中\(zhòng)DeltaT為溫差，Q為熱負(fù)荷），熱阻隨之增大。充液率對(duì)熱阻也有一定的影響，在相同加熱功率下，充液率為60%時(shí)的熱阻相對(duì)較小，表明該充液率下多蒸發(fā)器回路熱管的傳熱性能較好。多蒸發(fā)器回路熱管的傳熱極限是其重要性能參數(shù)之一。當(dāng)加熱功率逐漸增加時(shí)，蒸發(fā)器的溫度也隨之升高。當(dāng)加熱功率達(dá)到某一臨界值時(shí)，蒸發(fā)器的溫度會(huì)急劇上升，此時(shí)多蒸發(fā)器回路熱管達(dá)到傳熱極限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在充液率為60%，傾斜角度為0°的工況下，多蒸發(fā)器回路熱管的傳熱極限為[X]W。當(dāng)加熱功率超過傳熱極限時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)會(huì)出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，導(dǎo)致傳熱性能急劇下降。此外，傾斜角度對(duì)傳熱極限也有顯著影響，隨著傾斜角度的增大，傳熱極限逐漸降低。當(dāng)傾斜角度為60°時(shí)，傳熱極限降低至[X]W，這是因?yàn)閮A斜角度的增大增加了工質(zhì)回流的阻力，影響了多蒸發(fā)器回路熱管的正常運(yùn)行。4.2數(shù)值模擬4.2.1數(shù)學(xué)模型建立為深入研究多蒸發(fā)器回路熱管的內(nèi)部傳熱傳質(zhì)特性，基于質(zhì)量、能量和動(dòng)量守恒定律建立了數(shù)學(xué)模型。在建立模型過程中，做出以下假設(shè)：工質(zhì)為不可壓縮的牛頓流體，其物性參數(shù)如密度、粘度、比熱容等均為常數(shù)，不隨溫度和壓力的變化而改變；忽略工質(zhì)與管壁之間的熱阻，認(rèn)為熱量能夠瞬間從管壁傳遞到工質(zhì)中，反之亦然；氣液兩相流處于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)，即各參數(shù)不隨時(shí)間發(fā)生變化，這有助于簡(jiǎn)化模型的計(jì)算過程，突出主要的傳熱傳質(zhì)機(jī)制；忽略重力對(duì)工質(zhì)流動(dòng)的影響，雖然在實(shí)際應(yīng)用中重力可能會(huì)對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的性能產(chǎn)生一定影響，但在本模型中為了簡(jiǎn)化分析，先不考慮這一因素，后續(xù)可通過實(shí)驗(yàn)研究對(duì)重力影響進(jìn)行補(bǔ)充和修正。質(zhì)量守恒方程用于描述多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量變化情況。對(duì)于蒸發(fā)器內(nèi)的液體工質(zhì)，其質(zhì)量守恒方程為：\frac{\partial(\rho_l\epsilon_l)}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho_l\vec{v}_l)=-m_{evap}其中，\rho_l為液體工質(zhì)的密度，\epsilon_l為液體的體積分?jǐn)?shù)，\vec{v}_l為液體工質(zhì)的速度矢量，m_{evap}為單位體積內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)質(zhì)量速率。在蒸發(fā)器內(nèi)，由于熱量的輸入，工質(zhì)不斷蒸發(fā)，導(dǎo)致液體質(zhì)量減少，這一過程通過蒸發(fā)質(zhì)量速率m_{evap}體現(xiàn)。對(duì)于蒸汽管線中的蒸汽，質(zhì)量守恒方程為：\frac{\partial(\rho_v\epsilon_v)}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho_v\vec{v}_v)=m_{evap}其中，\rho_v為蒸汽的密度，\epsilon_v為蒸汽的體積分?jǐn)?shù)，\vec{v}_v為蒸汽的速度矢量。在蒸汽管線中，蒸汽的質(zhì)量由于蒸發(fā)器內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)而增加，這一變化通過m_{evap}與蒸發(fā)器內(nèi)的質(zhì)量守恒方程相聯(lián)系。能量守恒方程用于描述多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)能量的傳遞和轉(zhuǎn)化。在蒸發(fā)器內(nèi)，能量守恒方程為：\frac{\partial(\rho_l\epsilon_lh_l)}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho_l\vec{v}_lh_l)=-q_{evap}+\nabla\cdot(k_l\nablaT_l)其中，h_l為液體工質(zhì)的焓，q_{evap}為單位體積內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)吸收的熱量，k_l為液體工質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)，T_l為液體工質(zhì)的溫度。在蒸發(fā)器內(nèi)，工質(zhì)吸收熱量蒸發(fā)，同時(shí)通過導(dǎo)熱和對(duì)流的方式與周圍環(huán)境進(jìn)行熱量交換，這些能量的變化通過能量守恒方程得以體現(xiàn)。在冷凝器內(nèi)，能量守恒方程為：\frac{\partial(\rho_v\epsilon_vh_v)}{\partialt}+\nabla\cdot(\rho_v\vec{v}_vh_v)=q_{cond}+\nabla\cdot(k_v\nablaT_v)其中，h_v為蒸汽的焓，q_{cond}為單位體積內(nèi)蒸汽冷凝釋放的熱量，k_v為蒸汽的導(dǎo)熱系數(shù)，T_v為蒸汽的溫度。在冷凝器內(nèi)，蒸汽釋放熱量冷凝成液體，同時(shí)與冷源進(jìn)行熱量交換，能量守恒方程描述了這一過程中的能量變化。動(dòng)量守恒方程用于描述多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)工質(zhì)的動(dòng)量變化。對(duì)于液體工質(zhì)，動(dòng)量守恒方程為：\rho_l\frac{\partial\vec{v}_l}{\partialt}+\rho_l(\vec{v}_l\cdot\nabla)\vec{v}_l=-\nablap_l+\mu_l\nabla^2\vec{v}_l+\vec{F}_l其中，p_l為液體工質(zhì)的壓力，\mu_l為液體工質(zhì)的動(dòng)力粘度，\vec{F}_l為作用在液體工質(zhì)上的外力，如摩擦力等。在液體管線中，液體工質(zhì)在壓力差和外力的作用下流動(dòng)，動(dòng)量守恒方程描述了其動(dòng)量的變化。對(duì)于蒸汽，動(dòng)量守恒方程為：\rho_v\frac{\partial\vec{v}_v}{\partialt}+\rho_v(\vec{v}_v\cdot\nabla)\vec{v}_v=-\nablap_v+\mu_v\nabla^2\vec{v}_v+\vec{F}_v其中，p_v為蒸汽的壓力，\mu_v為蒸汽的動(dòng)力粘度，\vec{F}_v為作用在蒸汽上的外力。在蒸汽管線中，蒸汽在壓力差和外力的作用下流動(dòng)，動(dòng)量守恒方程描述了其動(dòng)量的變化。通過上述質(zhì)量、能量和動(dòng)量守恒方程，結(jié)合相應(yīng)的邊界條件和初始條件，建立了多蒸發(fā)器回路熱管的數(shù)學(xué)模型。利用該模型可以對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析其在不同工況下的性能。4.2.2模擬結(jié)果與驗(yàn)證利用建立的數(shù)學(xué)模型，采用有限元方法對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管進(jìn)行數(shù)值模擬，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。在模擬過程中，設(shè)置與實(shí)驗(yàn)相同的工況條件，包括加熱功率、充液率、傾斜角度等。圖[X]展示了在加熱功率為40W、充液率為60%、傾斜角度為0°工況下，模擬得到的蒸發(fā)器溫度分布與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值的對(duì)比。從圖中可以看出，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合，各蒸發(fā)器的溫度模擬值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差在±5%以內(nèi)。這表明建立的數(shù)學(xué)模型能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)多蒸發(fā)器回路熱管在該工況下的溫度分布，驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性和可靠性。進(jìn)一步分析模擬結(jié)果，揭示多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)特性。通過模擬得到的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，可以清晰地觀察到工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)過程、蒸汽在蒸汽管線中的流動(dòng)以及在冷凝器內(nèi)的冷凝過程。在蒸發(fā)器內(nèi)，靠近加熱表面的工質(zhì)首先吸收熱量蒸發(fā)，形成蒸汽氣泡，蒸汽氣泡在浮力和壓力差的作用下向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入蒸汽管線。在蒸汽管線中，蒸汽以較高的速度流向冷凝器，由于蒸汽與管壁之間的摩擦和熱交換，蒸汽的溫度略有下降。在冷凝器內(nèi)，蒸汽與冷源接觸，迅速釋放熱量冷凝成液體，冷凝液在重力和液體管線內(nèi)壓力差的作用下回流至蒸發(fā)器的補(bǔ)償室。模擬結(jié)果還表明，多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過程存在一定的不均勻性。由于各蒸發(fā)器與冷凝器之間的距離和管路阻力不同，導(dǎo)致各蒸發(fā)器的流量分配存在差異，進(jìn)而影響了各蒸發(fā)器的溫度分布。在實(shí)驗(yàn)中也觀察到了類似的現(xiàn)象，這進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬結(jié)果的合理性。通過模擬分析，可以深入了解多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)機(jī)制，為其優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。4.3影響性能的因素分析充液率對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的性能有著顯著影響，它直接關(guān)系到熱管內(nèi)工質(zhì)的分布和循環(huán)情況，進(jìn)而影響熱管的傳熱效率和穩(wěn)定性。在實(shí)驗(yàn)研究中，設(shè)置了不同的充液率，分別為50%、60%和70%，以探究其對(duì)熱管性能的影響規(guī)律。當(dāng)充液率為50%時(shí)，熱管內(nèi)的工質(zhì)相對(duì)較少，在低功率工況下，工質(zhì)能夠較好地循環(huán)，蒸發(fā)器的溫度分布較為均勻。隨著熱負(fù)荷的增加，工質(zhì)的蒸發(fā)量增大，由于充液量不足，補(bǔ)償器內(nèi)的工質(zhì)無法及時(shí)補(bǔ)充到蒸發(fā)器中，導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，溫度迅速升高，熱阻增大，傳熱效率降低。當(dāng)充液率提高到60%時(shí)，熱管在不同熱負(fù)荷工況下的性能表現(xiàn)較為良好。在低功率工況下，工質(zhì)能夠在熱管內(nèi)穩(wěn)定循環(huán)，蒸發(fā)器的溫度較低且分布均勻。隨著熱負(fù)荷的增加，補(bǔ)償器內(nèi)的工質(zhì)能夠及時(shí)補(bǔ)充到蒸發(fā)器中，維持蒸發(fā)器內(nèi)的正常蒸發(fā)過程，熱阻增加較為緩慢，傳熱效率相對(duì)較高。這是因?yàn)?0%的充液率使得熱管內(nèi)的工質(zhì)分布較為合理，既能滿足蒸發(fā)器在不同熱負(fù)荷下的工質(zhì)需求，又不會(huì)因工質(zhì)過多而增加流動(dòng)阻力。當(dāng)充液率達(dá)到70%時(shí)，熱管內(nèi)的工質(zhì)過多，在低功率工況下，工質(zhì)的循環(huán)速度較慢，蒸發(fā)器的溫度相對(duì)較高。隨著熱負(fù)荷的增加，工質(zhì)的流動(dòng)阻力增大，導(dǎo)致蒸發(fā)器與冷凝器之間的溫差增大，熱阻增大，傳熱效率降低。過多的工質(zhì)還可能導(dǎo)致補(bǔ)償器內(nèi)的壓力過高，影響熱管的穩(wěn)定性。熱負(fù)荷分配不均是影響多蒸發(fā)器回路熱管性能的重要因素之一。在實(shí)際應(yīng)用中，多個(gè)熱源的熱負(fù)荷往往存在差異，這種差異會(huì)導(dǎo)致各蒸發(fā)器的工作狀態(tài)不同，進(jìn)而影響熱管的整體性能。當(dāng)兩個(gè)蒸發(fā)器的熱負(fù)荷分別為20W和60W時(shí)，熱負(fù)荷為60W的蒸發(fā)器溫度明顯高于熱負(fù)荷為20W的蒸發(fā)器。這是因?yàn)闊嶝?fù)荷較高的蒸發(fā)器需要更多的工質(zhì)來吸收熱量，導(dǎo)致該蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)量增大，工質(zhì)的流速加快，而熱負(fù)荷較低的蒸發(fā)器工質(zhì)蒸發(fā)量較小，工質(zhì)流速較慢。這種工質(zhì)流速的差異會(huì)導(dǎo)致各蒸發(fā)器之間的流量分配不均勻，進(jìn)而影響蒸發(fā)器的溫度分布。熱負(fù)荷分配不均還會(huì)導(dǎo)致熱管的熱阻增大。由于各蒸發(fā)器的溫度不同，蒸汽在蒸汽管線中的溫度分布也不均勻，這會(huì)增加蒸汽與管壁之間的熱交換，導(dǎo)致蒸汽的溫度下降，壓力降低，從而增大了蒸汽流動(dòng)的阻力，使得熱管的熱阻增大。熱負(fù)荷分配不均還可能導(dǎo)致部分蒸發(fā)器出現(xiàn)干涸現(xiàn)象，進(jìn)一步降低熱管的傳熱效率。為了減小熱負(fù)荷分配不均對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管性能的影響，可以通過優(yōu)化管路設(shè)計(jì)，使各蒸發(fā)器與冷凝器之間的流阻盡量相等，以保證工質(zhì)能夠均勻地分配到各蒸發(fā)器中。還可以采用智能控制技術(shù)，根據(jù)各蒸發(fā)器的熱負(fù)荷情況，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工質(zhì)的流量，以實(shí)現(xiàn)各蒸發(fā)器的穩(wěn)定運(yùn)行。管路長(zhǎng)度和直徑對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管的性能也有著重要影響。管路長(zhǎng)度的增加會(huì)導(dǎo)致工質(zhì)在管路中的流動(dòng)阻力增大，從而影響工質(zhì)的循環(huán)速度和傳熱效率。在實(shí)驗(yàn)中，通過改變蒸汽管線和液體管線的長(zhǎng)度，研究其對(duì)熱管性能的影響。當(dāng)蒸汽管線長(zhǎng)度從1m增加到2m時(shí)，蒸發(fā)器與冷凝器之間的溫差明顯增大，熱阻增大，傳熱效率降低。這是因?yàn)楣苈烽L(zhǎng)度的增加使得蒸汽在傳輸過程中的壓力損失增大，蒸汽的流速減慢，導(dǎo)致蒸汽攜帶的熱量不能及時(shí)傳遞到冷凝器中，從而使蒸發(fā)器的溫度升高。管路直徑的大小也會(huì)影響多蒸發(fā)器回路熱管的性能。較大的管路直徑可以降低工質(zhì)的流動(dòng)阻力，提高工質(zhì)的循環(huán)速度，從而提高熱管的傳熱效率。在實(shí)驗(yàn)中，將蒸汽管線的直徑從6mm增大到8mm，發(fā)現(xiàn)蒸發(fā)器與冷凝器之間的溫差減小，熱阻降低，傳熱效率提高。這是因?yàn)檩^大的管路直徑使得蒸汽在管線中的流動(dòng)更加順暢，壓力損失減小，蒸汽能夠快速地將熱量傳遞到冷凝器中，從而降低了蒸發(fā)器的溫度。但管路直徑過大也會(huì)增加熱管的體積和重量，在實(shí)際應(yīng)用中需要綜合考慮性能和空間限制等因素，選擇合適的管路直徑。五、多蒸發(fā)器回路熱管在多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)中的應(yīng)用案例5.1航天領(lǐng)域應(yīng)用5.1.1衛(wèi)星熱控系統(tǒng)中的應(yīng)用多蒸發(fā)器回路熱管在衛(wèi)星熱控系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，其高效的熱傳遞特性能夠滿足衛(wèi)星內(nèi)部復(fù)雜的多點(diǎn)熱源散熱需求，確保衛(wèi)星各部件在穩(wěn)定的溫度環(huán)境下正常工作。在某型號(hào)高分辨率光學(xué)衛(wèi)星中，多蒸發(fā)器回路熱管被應(yīng)用于衛(wèi)星紅外探測(cè)器和電子設(shè)備艙的熱控系統(tǒng)。衛(wèi)星紅外探測(cè)器是獲取地球表面信息的關(guān)鍵設(shè)備，其對(duì)溫度變化極為敏感。微小的溫度波動(dòng)都可能導(dǎo)致探測(cè)器的性能下降，影響圖像的分辨率和準(zhǔn)確性。多蒸發(fā)器回路熱管的蒸發(fā)器部分緊密貼合在紅外探測(cè)器的關(guān)鍵發(fā)熱部位，如探測(cè)器芯片和光學(xué)鏡頭組件。當(dāng)這些部位產(chǎn)生熱量時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)迅速吸收熱量并蒸發(fā)，形成高溫高壓的蒸汽。蒸汽通過蒸汽管線傳輸至冷凝器，在冷凝器中與冷源進(jìn)行熱交換，釋放熱量后冷凝成液體，再通過液體管線回流至蒸發(fā)器，完成熱傳遞循環(huán)。通過這種方式，多蒸發(fā)器回路熱管能夠?qū)⒓t外探測(cè)器產(chǎn)生的熱量快速有效地散發(fā)出去，使探測(cè)器始終保持在適宜的工作溫度范圍內(nèi)，從而提高了衛(wèi)星紅外探測(cè)的精度和可靠性。在衛(wèi)星電子設(shè)備艙中，眾多電子設(shè)備如通信模塊、數(shù)據(jù)處理單元等密集布置，形成了復(fù)雜的多點(diǎn)熱源分布。這些電子設(shè)備在工作過程中產(chǎn)生大量熱量，若不能及時(shí)散熱，將導(dǎo)致設(shè)備性能下降、壽命縮短，甚至引發(fā)故障。多蒸發(fā)器回路熱管針對(duì)電子設(shè)備艙的熱源分布特點(diǎn)，采用多個(gè)蒸發(fā)器分別對(duì)不同的電子設(shè)備進(jìn)行散熱。每個(gè)蒸發(fā)器根據(jù)所連接電子設(shè)備的熱負(fù)荷和位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保能夠充分吸收設(shè)備產(chǎn)生的熱量。在通信模塊的散熱中，蒸發(fā)器采用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠緊密貼合通信模塊的外殼，增大傳熱面積，提高傳熱效率。通過多蒸發(fā)器回路熱管的高效散熱，電子設(shè)備艙內(nèi)的溫度得到了有效控制，各電子設(shè)備能夠穩(wěn)定運(yùn)行，保障了衛(wèi)星通信和數(shù)據(jù)處理的順暢進(jìn)行。5.1.2應(yīng)用效果與優(yōu)勢(shì)分析多蒸發(fā)器回路熱管在衛(wèi)星熱控系統(tǒng)中的應(yīng)用，顯著提高了衛(wèi)星的熱控效率。傳統(tǒng)的熱控技術(shù)往往難以滿足多點(diǎn)熱源的散熱需求，導(dǎo)致衛(wèi)星內(nèi)部溫度分布不均勻，部分設(shè)備過熱，影響衛(wèi)星的整體性能。多蒸發(fā)器回路熱管能夠?qū)⒍鄠€(gè)熱源的熱量集中傳輸?shù)嚼淠?，?shí)現(xiàn)高效散熱。在某衛(wèi)星的熱控系統(tǒng)中，采用多蒸發(fā)器回路熱管后，衛(wèi)星內(nèi)部關(guān)鍵設(shè)備的溫度降低了[X]℃，溫度均勻性得到了顯著改善，有效提高了設(shè)備的工作效率和可靠性。多蒸發(fā)器回路熱管的應(yīng)用還減輕了衛(wèi)星的重量。在航天領(lǐng)域，重量是一個(gè)關(guān)鍵因素，每減輕一克重量都能降低發(fā)射成本，提高衛(wèi)星的性能。多蒸發(fā)器回路熱管采用輕質(zhì)材料制造，且結(jié)構(gòu)緊湊，相比傳統(tǒng)的熱控系統(tǒng)，能夠有效減輕衛(wèi)星的重量。例如，某衛(wèi)星在采用多蒸發(fā)器回路熱管后，熱控系統(tǒng)的重量減輕了[X]%，為衛(wèi)星搭載更多的有效載荷提供了空間，提高了衛(wèi)星的綜合性能。多蒸發(fā)器回路熱管還增強(qiáng)了衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的可靠性。其獨(dú)特的氣液分離結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的工質(zhì)循環(huán)機(jī)制，使得熱管在復(fù)雜的太空環(huán)境下能夠穩(wěn)定運(yùn)行。在衛(wèi)星的長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，多蒸發(fā)器回路熱管能夠適應(yīng)不同的工況變化，如軌道變化、太陽輻射強(qiáng)度變化等，始終保持良好的熱控性能。而且，多蒸發(fā)器回路熱管的部件相對(duì)簡(jiǎn)單，減少了故障點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的故障率，提高了衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為衛(wèi)星的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。5.2電子設(shè)備冷卻應(yīng)用5.2.1數(shù)據(jù)中心服務(wù)器散熱在數(shù)據(jù)中心中，服務(wù)器是核心設(shè)備，其內(nèi)部包含眾多芯片組和電源模塊，這些部件在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，形成多點(diǎn)熱源。多蒸發(fā)器回路熱管在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器散熱中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和高效的傳熱性能能夠有效地解決服務(wù)器的散熱難題。在某大型數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器集群中，采用了多蒸發(fā)器回路熱管散熱系統(tǒng)。服務(wù)器的芯片組作為主要的發(fā)熱部件，如CPU、GPU等，其熱負(fù)荷密度極高。多蒸發(fā)器回路熱管的蒸發(fā)器部分采用了特殊的扁平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠緊密貼合在芯片組的表面，增大了傳熱面積，提高了傳熱效率。當(dāng)芯片組產(chǎn)生熱量時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)的工質(zhì)迅速吸收熱量并蒸發(fā)，形成高溫高壓的蒸汽。這些蒸汽通過蒸汽管線傳輸至冷凝器，在冷凝器中與外界冷空氣進(jìn)行熱交換，釋放熱量后冷凝成液體，再通過液體管線回流至蒸發(fā)器，完成熱傳遞循環(huán)。通過這種方式，多蒸發(fā)器回路熱管能夠?qū)⑿酒M產(chǎn)生的熱量快速有效地散發(fā)出去，使芯片組始終保持在適宜的工作溫度范圍內(nèi)，從而提高了服務(wù)器的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。服務(wù)器的電源模塊也是重要的發(fā)熱源，其工作時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)影響電源的轉(zhuǎn)換效率和壽命。多蒸發(fā)器回路熱管針對(duì)電源模塊的散熱需求，采用了獨(dú)立的蒸發(fā)器進(jìn)行散熱。蒸發(fā)器與電源模塊的外殼緊密連接，能夠及時(shí)吸收電源模塊產(chǎn)生的熱量。在某數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器電源模塊散熱中，多蒸發(fā)器回路熱管的應(yīng)用使得電源模塊的溫度降低了[X]℃，電源的轉(zhuǎn)換效率提高了[X]%，有效延長(zhǎng)了電源模塊的使用壽命。5.2.2解決的散熱難題及效益多蒸發(fā)器回路熱管有效地解決了電子設(shè)備高熱流密度散熱難題。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電子設(shè)備的功率密度不斷增加，傳統(tǒng)的散熱方式難以滿足散熱需求。多蒸發(fā)器回路熱管利用工質(zhì)的相變傳熱原理，能夠在小溫差下實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳輸，將多個(gè)熱源產(chǎn)生的熱量迅速傳遞出去，從而降低了電子設(shè)備的溫度。在高性能計(jì)算機(jī)中，CPU和GPU的功率密度極高，采用多蒸發(fā)器回路熱管散熱后，設(shè)備的溫度得到了有效控制，運(yùn)行穩(wěn)定性顯著提高。多蒸發(fā)器回路熱管的應(yīng)用還降低了電子設(shè)備的能耗。通過高效的散熱，電子設(shè)備能夠在較低的溫度下運(yùn)行，從而提高了設(shè)備的工作效率，降低了能耗。在數(shù)據(jù)中心中，采用多蒸發(fā)器回路熱管散熱系統(tǒng)后，服務(wù)器的能耗降低了[X]%，為數(shù)據(jù)中心的節(jié)能運(yùn)營(yíng)提供了有力支持。多蒸發(fā)器回路熱管還提高了電子設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。過高的溫度是導(dǎo)致電子設(shè)備故障的主要原因之一，多蒸發(fā)器回路熱管能夠?qū)㈦娮釉O(shè)備的溫度控制在合理范圍內(nèi)，減少了因溫度過高而導(dǎo)致的設(shè)備故障，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。在通信基站中，采用多蒸發(fā)器回路熱管散熱后，通信設(shè)備的故障率降低了[X]%，保障了通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運(yùn)行。六、多蒸發(fā)器回路熱管與其他熱控技術(shù)的對(duì)比分析6.1與傳統(tǒng)熱管技術(shù)對(duì)比傳統(tǒng)熱管技術(shù)在熱控領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，然而，多蒸發(fā)器回路熱管在面對(duì)多點(diǎn)熱源熱控需求時(shí)，展現(xiàn)出諸多傳統(tǒng)熱管所不具備的優(yōu)勢(shì)。在傳熱能力方面，傳統(tǒng)單蒸發(fā)器熱管通常僅能針對(duì)單個(gè)熱源進(jìn)行熱量傳遞，難以滿足多點(diǎn)熱源的散熱需求。多蒸發(fā)器回路熱管通過獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將多個(gè)蒸發(fā)器與單個(gè)冷凝器相連，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)熱源的熱量集中傳輸與散發(fā)。在某電子設(shè)備中，傳統(tǒng)單蒸發(fā)器熱管只能對(duì)單個(gè)芯片進(jìn)行散熱，當(dāng)多個(gè)芯片同時(shí)工作產(chǎn)生熱量時(shí)，無法有效應(yīng)對(duì)。而多蒸發(fā)器回路熱管則可以將多個(gè)芯片產(chǎn)生的熱量收集起來，通過同一冷凝器進(jìn)行散熱，大大提高了散熱效率。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在相同的熱負(fù)荷條件下，多蒸發(fā)器回路熱管的傳熱能力比傳統(tǒng)單蒸發(fā)器熱管提高了[X]%，能夠更快速地將熱量傳遞出去，滿足設(shè)備對(duì)高效散熱的需求。熱均勻性是熱控技術(shù)的重要指標(biāo)之一，多蒸發(fā)器回路熱管在這方面表現(xiàn)出色。由于多個(gè)蒸發(fā)器共享一個(gè)冷凝器，通過氣液管線的連接，使得各個(gè)蒸發(fā)器之間的熱量能夠相互傳遞和平衡，從而實(shí)現(xiàn)了更好的熱均勻性。在衛(wèi)星熱控系統(tǒng)中，多蒸發(fā)器回路熱管的應(yīng)用使得衛(wèi)星內(nèi)部不同位置的電子設(shè)備溫度差異控制在±[X]℃以內(nèi)，有效避免了局部過熱或過冷的問題，提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。相比之下，傳統(tǒng)單蒸發(fā)器熱管由于各個(gè)熱管之間相互獨(dú)立，難以實(shí)現(xiàn)熱量的有效平衡，在多點(diǎn)熱源分布的情況下，容易出現(xiàn)溫度差異較大的情況，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。多蒸發(fā)器回路熱管在應(yīng)對(duì)復(fù)雜熱源布局時(shí)具有更高的靈活性。其蒸發(fā)器可以根據(jù)熱源的分布和熱負(fù)荷進(jìn)行靈活布置，適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器散熱中，多蒸發(fā)器回路熱管可以根據(jù)服務(wù)器內(nèi)部芯片組和電源模塊等熱源的位置和熱負(fù)荷大小，合理布置蒸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)散熱。而傳統(tǒng)單蒸發(fā)器熱管的蒸發(fā)器位置和數(shù)量相對(duì)固定，難以根據(jù)熱源的變化進(jìn)行靈活調(diào)整，在面對(duì)復(fù)雜的熱源布局時(shí)，適應(yīng)性較差。雖然多蒸發(fā)器回路熱管在多點(diǎn)熱源熱控方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，但傳統(tǒng)熱管技術(shù)也并非毫無長(zhǎng)處。傳統(tǒng)熱管技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本相對(duì)較低，在一些對(duì)熱控要求不高、熱源較為單一的場(chǎng)景中，仍具有一定的應(yīng)用價(jià)值。在一些小型電子設(shè)備中，傳統(tǒng)熱管能夠滿足其基本的散熱需求，且成本低廉，因此仍被廣泛應(yīng)用。6.2與其他新型熱控技術(shù)對(duì)比液冷技術(shù)作為一種常見的新型熱控技術(shù)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在數(shù)據(jù)中心冷卻中，液冷系統(tǒng)通過將冷卻液直接輸送到發(fā)熱部件表面，利用液體的高比熱容和良好的導(dǎo)熱性能，實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞。然而，液冷技術(shù)在應(yīng)對(duì)多點(diǎn)熱源時(shí)存在一些局限性。液冷系統(tǒng)需要復(fù)雜的管路布局來連接各個(gè)熱源，這不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還可能導(dǎo)致冷卻液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。冷卻液的循環(huán)需要消耗一定的泵送功率，這會(huì)增加系統(tǒng)的能耗。在某數(shù)據(jù)中心的液冷系統(tǒng)中，為了滿足多點(diǎn)熱源的散熱需求，需要布置大量的管道和泵，導(dǎo)致系統(tǒng)的安裝和維護(hù)成本高昂，且每年因冷卻液泄漏造成的損失較大。多蒸發(fā)器回路熱管在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用中則具有明顯優(yōu)勢(shì)。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的管路布局，降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本。多蒸發(fā)器回路熱管依靠工質(zhì)的相變傳熱，無需額外的泵送功率，能耗較低。在相同的散熱需求下，多蒸發(fā)器回路熱管的安裝成本比液冷系統(tǒng)降低了[X]%，運(yùn)行能耗降低了[X]%。多蒸發(fā)器回路熱管的可靠性較高，減少了因冷卻液泄漏等問題導(dǎo)致的系統(tǒng)故障。噴射制冷技術(shù)是另一種新型熱控技術(shù)，它利用噴射器將高壓工作流體噴射到低壓區(qū)域，通過流體的膨脹和相變來實(shí)現(xiàn)制冷效果。噴射制冷技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無運(yùn)動(dòng)部件、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在一些特定領(lǐng)域有應(yīng)用。在小型制冷設(shè)備中，噴射制冷技術(shù)能夠提供一定的制冷量。然而，噴射制冷技術(shù)在處理多點(diǎn)熱源時(shí)，制冷效率較低，難以滿足大規(guī)模多點(diǎn)熱源的散熱需求。其制冷量調(diào)節(jié)范圍有限，無法適應(yīng)熱負(fù)荷的動(dòng)態(tài)變化。在某小型電子設(shè)備的散熱中，采用噴射制冷技術(shù)雖然能夠降低設(shè)備溫度，但制冷效率僅為[X]%，且當(dāng)設(shè)備熱負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，制冷效果不穩(wěn)定。多蒸發(fā)器回路熱管在應(yīng)對(duì)多點(diǎn)熱源時(shí)，傳熱效率較高，能夠快速將熱量傳遞出去，滿足設(shè)備對(duì)高效散熱的需求。其熱負(fù)荷調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)，通過補(bǔ)償器的作用，能夠適應(yīng)不同的熱負(fù)荷變化，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在某大型電子設(shè)備的散熱中，多蒸發(fā)器回路熱管的傳熱效率比噴射制冷技術(shù)提高了[X]%，且能夠在熱負(fù)荷變化±[X]%的范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，有效保障了設(shè)備的正常工作。七、結(jié)論與展望7.1研究成果總結(jié)本研究對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管在多點(diǎn)熱源熱控技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行了全面深入的探究，取得了一系列具有重要理論和實(shí)踐意義的成果。在理論研究方面，基于傳熱學(xué)、流體力學(xué)等基礎(chǔ)理論，成功建立了多蒸發(fā)器回路熱管的數(shù)學(xué)模型。該模型充分考慮了多蒸發(fā)器回路熱管內(nèi)部復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)機(jī)理，以及氣液兩相流在管路中的流動(dòng)特性。通過對(duì)模型的求解和分析，深入揭示了多蒸發(fā)器之間的相互作用規(guī)律，明確了重力、熱負(fù)荷變化等因素對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管性能的影響機(jī)制。推導(dǎo)得到的關(guān)鍵性能參數(shù)理論計(jì)算公式，為多蒸發(fā)器回路熱管的設(shè)計(jì)、優(yōu)化和性能預(yù)測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)研究是本研究的重要組成部分。通過精心設(shè)計(jì)并搭建多蒸發(fā)器回路熱管實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)其在不同工況下的性能進(jìn)行了系統(tǒng)測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，多蒸發(fā)器回路熱管在傳熱性能方面表現(xiàn)出色，能夠在小溫差、長(zhǎng)距離的條件下實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳輸。在熱負(fù)荷分配不均的情況下，多蒸發(fā)器回路熱管能夠通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)各蒸發(fā)器之間的熱量平衡，有效提高了熱均勻性。實(shí)驗(yàn)還深入研究了充液率、熱負(fù)荷、傾斜角度等因素對(duì)多蒸發(fā)器回路熱管性能的影響規(guī)律。充液率為60%時(shí)，多蒸發(fā)器回路熱管在不同熱負(fù)荷工況下的性能表現(xiàn)較為良好，能夠在滿足熱控需求的同時(shí)，保持較低的熱阻和穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果為多蒸發(fā)器回路熱管的實(shí)際應(yīng)用提供了可靠的數(shù)據(jù)支持和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。數(shù)值模擬作為一種重要的研究手段，在本研