항공우주 기술 테스트 분야의 액체 금속 열 관리 테스트 장치는 중국과학원 물리화학기술연구소에서 개발되었으며 우주 정거장 Mengtian 실험 모듈의 항공우주 기본 테스트 캐비닛에 설치되었습니다. 녹는점이 낮고 생체 안전성이 높으며 화학적 특성이 안정적인 비스무트 기반 금속을 사용합니다. 우주 미세중력 환경에서 유동 방열 및 상변화 온도 제어 기술에 대한 특성 연구 및 실험적 검증을 수행합니다.
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항공우주 기본 시험 캐비닛 내 액체 금속 열 관리 시험 장치의 위치
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액체 금속이란 무엇입니까? 테스트에는 어떤 원칙이 포함되나요?
액체금속은 비정질의 유동성 액체금속이다. 일련의 저융점 금속 및 합금 재료를 총칭하는 용어입니다. 상온 이하의 가열온도에서 액체이며 유동성을 갖는다. 그것은 강한 전기 전도성과 열 전도성을 가지고 있습니다. 이는 고효율, 낮은 점도 및 넓은 액체 온도 범위의 특성을 가지고 있습니다. 이 실험에서는 주로 액체 금속의 두 가지 방열 원리, 즉 대류 열 전달과 고체-액체 상변화 열 제어를 사용했습니다.
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액체 금속
대류 열전달은 액체 금속이 가열 표면을 통해 흐르고 표면 열을 흡수하며 가열 표면의 온도를 특정 적절한 값으로 유지하는 것을 의미합니다. 열을 흡수하는 액체 금속은 가열되어 특정 방열 장치의 환경으로 열을 전달한 다음 회복됩니다. 초기 온도로 가열 표면을 통해 다시 흐르면서 순환 흐름을 달성합니다.
고액 상변화 열제어는 가열면에 설치되어 열을 흡수한 후 녹아 고체에서 액체로 변화하는 상변화 방열판입니다. 용융 과정에서는 열을 흡수하지만 온도는 변하지 않으므로 가열 표면을 적절한 온도로 제어합니다. 가열 표면이 더 이상 작동하지 않으면 액체 금속이 점차 고체 상태로 응고됩니다. 응고 과정에서 온도는 변하지 않지만 열이 방출됩니다. 이 열은 점차적으로 환경으로 방출됩니다. 완전히 응고된 금속은 다음 가열 표면 작업을 위한 준비가 됩니다. 고체 상태 액상 변화 열 제어에 사용되는 금속 재료는 일반적으로 100도 미만의 낮은 융점을 가지며 필요에 따라 조정될 수 있습니다.
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이 재판은 어떤 결과를 얻었나요?
이 궤도상 테스트에서 대류 열 방출 테스트 모듈은 주로 작은 유체 회로의 낮은 유량 적용을 목표로 하는 유량에 따른 열 전달 계수의 변화 특성을 얻었습니다. 이전에는 이번 테스트 프로젝트가 중점을 둔 저유량 영역에서 설계자가 참고할 수 있는 신뢰할 수 있는 열전달 계수 특성 데이터가 없었습니다. 이 테스트의 결과는 이러한 격차를 메웠습니다.
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상변화 온도 제어 모듈은 시간에 따른 금속 재료 용융 과정의 온도 변화 곡선을 얻습니다. 용융 공정 중 재료의 온도 분포는 중력의 영향을 크게 받습니다. 중력이 있을 때 유체 온도의 차이로 인한 밀도 차이로 인해 자연스러운 흐름이 발생합니다. 이 흐름은 액체 금속의 내부 온도를 더 빨리 균일하게 만듭니다. 우주 환경의 중력은 극히 약하지만 밀도 차이로 인해 자연적인 흐름이 발생하지 않으며 액체 금속 내부의 온도 분포가 상대적으로 고르지 않습니다. 이번 시험은 금속상변화를 갖춘 재료의 캐비티에 강화된 열전달 구조를 설정해 금속재료 내부로 열을 빠르게 전달할 수 있어 더욱 균일하게 용융돼 온도가 더욱 균일해진다. 테스트 검증 결과는 기대에 부합했습니다.
이번 시험에서는 대류 열전달 및 상변화 온도 제어 기술 검증 외에도 우주 미세중력 환경에서 비스무트 기반 금속의 용융 제어, 팽창 완충, 계면 열전도 등 핵심 기술도 검증했다.
주요 기술 용어 지식 게시물
제어된 용융: 미리 설정된 위치와 순서에 따라 순서대로 금속이 제어되는 용융을 의미합니다.
팽창 버퍼링: 금속 고체 액체가 변할 때 부피 변화를 버퍼링하는 것을 말합니다. 폐쇄 회로의 경우 볼륨 변경이 버퍼링되지 않으면 파이프라인이 버스트됩니다.
인터페이스 열전도율: 두 개의 고체 표면이 접촉할 때 나타나는 작은 틈을 나타냅니다. 이 틈에 남아 있는 공기는 두 개의 고체 표면 사이의 열 전달을 방해합니다. 따라서 틈은 액체 금속과 같은 열 인터페이스 재료로 채워야 합니다. 이 충전재는 재료의 열전도율이 공기의 열전도율보다 훨씬 높기 때문에 작은 온도 차이로 두 개의 고체 표면 사이에 열이 전달될 수 있습니다.
PART.3 (을)를 참조하십시오
테스트의 연구 결과는 무엇입니까?
이 프로젝트는 세계 최초로 생체 안전성이 높은 저융점 비스무트 기반 합금을 사용하여 액체 금속 공간 열 관리를 위한 핵심 기술에 대한 궤도상 테스트 및 검증을 수행합니다. 관련 결과는 미래 우주 원자력 전력 공급 장치, 고전력 밀도 항공 전자 공학 및 민간 고전력 장치에 사용될 수 있습니다. 장치와 같이 효율적인 열 전달 및 소산이 필요한 엔지니어링 또는 산업 응용 분야에 핵심 기술 지원을 제공합니다.
PART.4 (파트 4)
앞으로 어떤 분야에 응용될 것으로 예상하시나요?
액체 금속 대류 열 방출 및 상변화 온도 제어 분야에서 이 프로젝트를 통해 달성한 성과는 주로 높은 열 유속 밀도 전자 장치의 연속 가열 또는 간헐적인 고부하 가열과 같은 엔지니어링 열 제어 요구 사항을 목표로 합니다. 인공 지능 기술, 가상 현실 기술 및 고속의 발전으로 플럭스 이미지 처리 기술 및 기타 분야의 지속적인 개발로 이러한 기능을 갖춘 전기 장비의 전력 밀도가 지속적으로 증가하고 있습니다. 고부하 조건에서 전기 부품의 작동 성능을 보장하려면 보다 효율적이고 간단하며 안정적인 방열 기술을 채택해야 합니다. 본 프로젝트에 포함된 두 가지 액체금속 방열기술은 이러한 산업적 수요에 부응하여 수행되는 실험적 검증으로, 다양한 분야에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다.
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콘텐츠 출처: 중국 유인 우주비행 저자: Liu Guilin, 중국과학원 물리화학연구소
