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空间堆热管辐射散热器设计研究

摘要

随着时代发展，人类对于深空探索的需求愈发强烈，首当其冲的任务就是要解决

能源供给问题。核能具有能量密度大、不受到环境影响等特点，被视作未来探索深空

的重要能源解决方案，在未来的航天领域有着广泛的应用前景。其中，斯特林热电一

体化空间核反应堆是重要的研究方向之一，为满足热电一体化空间核反应堆余热排放

要求，选用热管辐射散热器作为空间核反应堆散热系统，并选用回路热管作为核心传

热元件。

为满足余空间核反应堆的散热需求，本文设计了千瓦级的回路热管。回路热管是

一种两相传热装置，由于其具有效率高、传热距离远、热控性能好、安装灵活方便等

优点，在航天器热控方面具有巨大的应用潜力。回路热管主要部件有蒸发器、冷凝管、

储液器和传输管道等部件，再通过冷凝管外加辐射板将热量排放到太空。研究了各部

件的流动和传热计算方法。作为两相换热设备，其流阻主要由毛细管芯内的压降、蒸

汽槽道内的压降、传输管道内的压降和冷凝管道的压降组成。根据设计结果绘制几何

模型导入热分析软件对辐射散热板的板面温度和散热量进行计算。在此基础上对空间

堆热管辐射散热器进行结构设计，并分析不同辐射散热板组的摆放方案和不同的冷凝

管道管壁温度对辐射散热量的影响，选择辐射散热量最大的辐射散热板组摆放方案作

为设计方案，最后计算各部分质量。

根据本文的回路热管设计结果，制造并设计搭建了回路热管性能测试系统，对其

进行地面性能测试，采集系统运行时各部位的温度变化，并分析不同功率启动时的启

动特性。验证回路热管是否可以在较高热负荷下较为稳定地运行，证明能否到达设计

功率。为解决空间堆散热量大的问题提供参考。

关键词：空间核反应堆；热管辐射散热器；回路热管；性能测试

空间堆热管辐射散热器设计研究

Abstract

Withthedevelopmentofera,thehumandemandfordeepspaceexplorationismore

intense,thefirsttaskistosolvetheproblemofenergysupply.Nuclearenergyhasalarge

energydensity,notaffectedbytheenvironmentetc.,areseenasimportantenergysolutions

forfutureexplorationofdeepspace,intheaerospacefieldhasabroadapplicationprospect

inthefuture.Stirlingthermoelectricintegratedspacenuclearreactorisoneoftheimportant

researchdirection,tomeettherequirementsofthermoelectricintegratedspacenuclear

reactorresidualheatemission,radiationheatpiperadiatorasspacenuclearreactorcooling

system,andselectstheloopheatpipeheattransferelementasthecore.

Tomeetmorethanspacenuclearreactorcoolingdemand,thispaperdesigneda

kilowattofloopheatpipe.Loopheatpipeisakindofheatdeviceoftwo,sinceithashigh

efficiency,heattransferdistance,thermalcontrolperformanceisgood,theadv