何江 林貴平 柏立戰(zhàn) 苗建印 張紅星

（1 北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094）（2 北京航空航天大學(xué)，北京 100191）

1 引言

隨著大功率衛(wèi)星、載人飛船、空間站、月球／火星探測器等復(fù)雜航天器的出現(xiàn)，熱控系統(tǒng)面臨大傳熱能力、高可靠性、精確控溫、遠(yuǎn)距離傳輸、模塊化設(shè)計(jì)等一系列挑戰(zhàn)。以傳統(tǒng)熱管、環(huán)路熱管和重力驅(qū)動(dòng)兩相流體回路（以下簡稱兩相流體回路）為代表的兩相傳熱技術(shù)，體現(xiàn)了優(yōu)異的空間應(yīng)用潛力，并已在多個(gè)航天器上出色地完成了預(yù)期任務(wù)［1-2］。然而，作為未來航天器熱控系統(tǒng)的核心部件，采用兩相傳熱技術(shù)的設(shè)備（以下簡稱兩相熱控設(shè)備）的壽命問題，是其大規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。以環(huán)路熱管為例，目前國際上僅有俄羅斯TAIS公司有能力提供宇航級(jí)長壽命（理論設(shè)計(jì)壽命15年）環(huán)路熱管，而包括歐美和中國在內(nèi)的環(huán)路熱管設(shè)計(jì)壽命通常不超過5年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足下一代航天器在軌工作15～20年的需求。即使是TAIS 公司生產(chǎn)的環(huán)路熱管，也曾在美國“冰衛(wèi)星”（ICESat）的地球科學(xué)激光測高儀系統(tǒng)（GLAS）上發(fā)生過故障［3］。

基于大量的地面壽命試驗(yàn)，產(chǎn)生于兩相熱控系統(tǒng)封閉空間并在系統(tǒng)工作溫度范圍內(nèi)無法凝結(jié)為液相的不凝氣體（Non-condensable Gas，NCG），被認(rèn)為是影響兩相熱控系統(tǒng)壽命的主要因素之一。NCG 可能導(dǎo)致傳統(tǒng)熱管或兩相流體回路蒸發(fā)部位飽和溫度（即工作溫度）升高，冷凝換熱能力下降，也可能造成環(huán)路熱管啟動(dòng)困難或啟動(dòng)失敗?？臻g應(yīng)用條件幾乎不允許對(duì)熱控設(shè)備進(jìn)行在軌維護(hù)或更換，導(dǎo)致上述不利影響具有累加性和不可逆性。因此，隨著NCG 不斷的產(chǎn)生和積累，兩相熱控設(shè)備的傳熱性能逐步退化，最終喪失傳熱能力。

本文首先總結(jié)了NCG 在航天器兩相熱控設(shè)備內(nèi)的產(chǎn)生機(jī)理；梳理了NCG 引起的航天器傳統(tǒng)熱管、環(huán)路熱管和兩相流體回路熱性能的衰退問題；考慮到現(xiàn)有工藝水平和使用條件無法杜絕NCG 的產(chǎn)生，從工程應(yīng)用角度提出了NCG 問題的抑制措施。

2 NCG 的產(chǎn)生機(jī)理

目前，國際上對(duì)NCG 的產(chǎn)生機(jī)理已經(jīng)基本掌握，主要包括：①材料的相容性；②物理吸附與脫附；③空間極端環(huán)境下工質(zhì)的分解。但是，對(duì)于NCG的產(chǎn)生速率及生成量，尚無統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，這是因?yàn)榇祟悈?shù)與工藝成熟度、清潔手段、結(jié)構(gòu)和使用條件等多個(gè)因素相關(guān)，很難用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)方法描述。為了預(yù)知壽命末期NCG 的生成量，通常采用地面加速壽命試驗(yàn)的方法。

需要注意的是，伴隨第一類NCG 的產(chǎn)生，管體材料通常會(huì)參與化學(xué)反應(yīng)。相應(yīng)的，其表面狀態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于傳統(tǒng)熱管，這一附加后果將破壞毛細(xì)槽道原有的截面形狀，從而引起傳熱能力顯著下降，甚至導(dǎo)致運(yùn)行失效，其損害比NCG 問題更為直接和致命。隨著傳統(tǒng)熱管技術(shù)日趨成熟，工程上通過選擇相容的工質(zhì)-管體材料匹配形式，采取嚴(yán)格的清潔措施，已基本杜絕了相容性問題引起的NCG生成。針對(duì)后兩類NCG 的產(chǎn)生，目前尚無解決辦法，這是因?yàn)槲⒚准?jí)多孔材料的物理吸附能力極強(qiáng)，現(xiàn)有工藝水平無法實(shí)現(xiàn)絕對(duì)脫附，勢必殘留一部分雜質(zhì)氣體。同時(shí)，極端環(huán)境下工質(zhì)的分解是物質(zhì)的本征特性，無法避免。

2.1 材料的相容性

NCG 問題受到普遍關(guān)注源于傳統(tǒng)熱管管體材料與工質(zhì)之間的相容性問題。20世紀(jì)60-80年代，伴隨著熱管技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用，多個(gè)國家的研究機(jī)構(gòu)相繼開展了詳細(xì)的熱管壽命試驗(yàn)，并采取金相檢測、氣體組分測量和化學(xué)成分分析等手段，對(duì)壽命末期試驗(yàn)件的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果顯示，熱管內(nèi)普遍存在腐蝕現(xiàn)象，同時(shí)混有氫氣等雜質(zhì)氣體。這一事實(shí)表明，短期內(nèi)化學(xué)相容的管體材料和工質(zhì)，在長期的工作環(huán)境下有可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生NCG。文獻(xiàn)［4-5］中對(duì)航空航天領(lǐng)域常見的熱管材料相容性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，結(jié)果見表1。

表1 常見工質(zhì)-管體材料的相容性Table 1 Compatibility of common fluids and materials

2.2 物理吸附與脫附

航天級(jí)兩相熱控設(shè)備在制造過程中都要經(jīng)過嚴(yán)格的表面處理，力求獲得潔凈的表面，但一定程度的物理吸附與脫附是無法完全避免的。物理吸附是指流體分子在范德華力（Van der waals）的作用下被吸附在固體表面的現(xiàn)象，是環(huán)路熱管內(nèi)產(chǎn)生NCG 的主要原因。環(huán)路熱管的蒸發(fā)器內(nèi)含有微米級(jí)多孔材料的毛細(xì)芯（如圖1所示），根據(jù)Langmuir吸附理論，吸附容量與其表面積成正比，毛細(xì)芯比表面積大，因此孔內(nèi)極易吸附空氣等雜質(zhì)氣體，并且不易脫附。當(dāng)環(huán)路熱管運(yùn)行時(shí)，吸附在毛細(xì)芯內(nèi)的雜質(zhì)氣體逐漸被循環(huán)流動(dòng)的工質(zhì)脫附出來，形成NCG。

圖1 電鏡下的蒸發(fā)器毛細(xì)芯Fig.1 Electron microscope image of evaporator wick

2.3 空間極端環(huán)境下工質(zhì)的分解

為了滿足某些在軌任務(wù)需求，兩相熱控設(shè)備有可能被安裝在航天器外部。由于缺少必要的保護(hù)措施，設(shè)備內(nèi)的工質(zhì)有可能在空間極端環(huán)境下分解，進(jìn)而生成NCG，典型的環(huán)境如我國月球著陸器在月晝期間面臨的高溫環(huán)境［6］。著陸器熱控設(shè)計(jì)中采用流體回路及核熱源實(shí)現(xiàn)月夜期間對(duì)內(nèi)部設(shè)備供熱；月晝期間，流體回路的閥門關(guān)閉，工質(zhì)停止循環(huán)。然而，在太陽輻射、月面紅外輻射和核熱源三者共同作用下，蒸發(fā)器位置的溫度可達(dá)200℃，氨工質(zhì)將發(fā)生一定程度的分解反應(yīng)，生成氮?dú)夂蜌錃猓缡剑?）所示。

除此以外，空間環(huán)境下的電離輻射，也被認(rèn)為是導(dǎo)致工質(zhì)分解的潛在因素之一。

3 NCG 對(duì)兩相熱控設(shè)備性能的影響

3.1 傳統(tǒng)熱管

當(dāng)傳統(tǒng)熱管內(nèi)有NCG 存在時(shí)，NCG 被蒸氣攜帶到冷凝段。其中，蒸氣冷凝為液體后回流到蒸發(fā)段，而NCG 由于無法冷凝，便駐留在冷凝段末端。一方面，NCG 的存在增加了管內(nèi)的總壓力，進(jìn)而造成蒸發(fā)器區(qū)域飽和溫度的升高，即熱管工作溫度升高；另一方面，匯集在冷凝器末端的NCG 相當(dāng)于一個(gè)氣塞，破壞了此部位的冷凝能力，從而減小了冷凝器的有效冷凝面積。同時(shí)，在冷凝器的其他位置，NCG 有可能附著在內(nèi)壁面，阻礙冷凝過程。因此，熱管冷凝段的傳熱熱阻升高，工作溫度進(jìn)一步升高［7-9］。圖2給出了NCG 存在時(shí)熱控系統(tǒng)溫度場的典型變化，藍(lán)色表示溫度低，紅色表示溫度高。

圖2 NCG 對(duì)熱管及熱控系統(tǒng)性能的影響Fig.2 Effect of NCG on performance of heatpipe and thermal control system

對(duì)于含有NCG 的傳統(tǒng)熱管，沿管體方向x的溫度分布通常如圖3所示［10］。其中，過渡段（蒸發(fā)段與冷凝段或冷凝段與NCG 段）上的溫度分布特性與式（2）中的函數(shù)相似。

因此，溫度隨管長的分布曲線T（x）可表示為

式中：Tevap，Tcond，TNCG分別為蒸發(fā)段、冷凝段和NCG 段溫度；sadiab和xadiab分別為蒸發(fā)段與冷凝段之間過渡段的長度及分界面位置；sv-NCG和xv-NCG分別為冷凝段與NCG 段之間過渡段的長度及分界面位置。

圖3 含有NCG 的熱管管體方向溫度分布Fig.3 Temperature distribution along heat pipe with NCG

目前，研究人員不僅能夠精確預(yù)估定量NCG對(duì)熱管工作溫度的影響，而且基于NCG 對(duì)工作溫度的影響規(guī)律，已研制出具備自主控溫能力的可變熱導(dǎo)熱管（VCHP），并將其作為常規(guī)熱控手段應(yīng)用于多個(gè)航天器的熱控系統(tǒng)中［11］。相比于傳統(tǒng)熱管，VCHP增加了一個(gè)NCG 的儲(chǔ)氣室（如圖4所示），當(dāng)熱載荷大幅變化時(shí)，冷凝器有效段的長度受NCG控制而相應(yīng)的變化，保證工作溫度僅發(fā)生小范圍的波動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)被動(dòng)控溫的目的。

圖4 可變熱導(dǎo)熱管的工作原理Fig.4 Schematic of VCHP（variable conductance heat pipe）

綜上所述，針對(duì)傳統(tǒng)熱管，已建立的理論體系能夠解釋NCG 對(duì)熱管性能的影響機(jī)理，相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型能夠精確預(yù)估NCG 存在時(shí)熱管的溫度變化規(guī)律。從科學(xué)的角度，NCG 引起的傳統(tǒng)熱管性能衰退問題已經(jīng)得到解決。

3.2 環(huán)路熱管

相對(duì)于傳統(tǒng)熱管，環(huán)路熱管的組成部件更多，NCG 可靈活地分布于儲(chǔ)液器、冷凝器和蒸發(fā)器等多個(gè)位置。同時(shí)，回路型結(jié)構(gòu)導(dǎo)致環(huán)路熱管各部件之間存在熱質(zhì)交換，單一位置處受到NCG 影響將引起整個(gè)系統(tǒng)傳熱性能的連鎖變化。此外，環(huán)路熱管特有的“蒸發(fā)器-儲(chǔ)液器耦合結(jié)構(gòu)”等同于一套溫度反饋系統(tǒng)，內(nèi)部換熱機(jī)理極為復(fù)雜，至今仍是領(lǐng)域內(nèi)研究的難點(diǎn)。而NCG 因素的引入，進(jìn)一步加劇了該換熱過程的復(fù)雜程度。上述差異，使得NCG 對(duì)環(huán)路熱管的影響機(jī)理更加復(fù)雜，現(xiàn)有針對(duì)傳統(tǒng)熱管的研究成果，無法用來解釋環(huán)路熱管熱性能的變化機(jī)理。近年來，國際上針對(duì)此問題的研究工作主要集中在以下3個(gè)方面。

3.2.1 NCG 在環(huán)路熱管內(nèi)的分布

國際上普遍認(rèn)為，絕大多數(shù)NCG匯集在儲(chǔ)液器，這一結(jié)論已被試驗(yàn)直接或間接驗(yàn)證。例如：文獻(xiàn)［12］中通過解剖一支除氣工藝存在缺陷（工質(zhì)內(nèi)殘留空氣）的銅-水平板型環(huán)路熱管，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)液器位置處的材料存在明顯的氧化層，而在其他部位未發(fā)現(xiàn)氧化現(xiàn)象，表明以氧氣為代表的NCG 匯集在儲(chǔ)液器并與材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。此外，文獻(xiàn)［13］中通過對(duì)穩(wěn)態(tài)時(shí)儲(chǔ)液器壓力和溫度的測量，發(fā)現(xiàn)實(shí)測壓力始終高于根據(jù)溫度換算得到的飽和壓力值，從而推斷額外的分壓力是由匯集在此的NCG 造成的。但是，儲(chǔ)液器并不是NCG唯一的匯集部位。文獻(xiàn)［14］中采用人為充裝定量NCG（氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w）的方法，對(duì)穩(wěn)態(tài)時(shí)儲(chǔ)液器內(nèi)NCG的分壓力進(jìn)行測量。結(jié)果顯示，NCG產(chǎn)生的分壓力小于預(yù)期，進(jìn)而推測剩余部分的NCG有可能吸附在毛細(xì)芯位置或管體內(nèi)壁面。文獻(xiàn)［15］和［16］中的試驗(yàn)結(jié)果表明，蒸發(fā)器殼體與蒸發(fā)器出口之間溫差隨管體內(nèi)NCG 含量的增加而增大，從而間接驗(yàn)證了NCG 有可能存在于蒸發(fā)器位置，從而影響外熱源向毛細(xì)芯的傳熱過程，導(dǎo)致蒸發(fā)器熱阻增加。NCG 若停留在冷凝器內(nèi)，哪怕只有微量的，也將增加可凝性蒸氣向凝結(jié)表面（或氣液界面）的擴(kuò)散阻力，造成冷凝器效率顯著下降［17］。

3.2.2 NCG 對(duì)環(huán)路熱管穩(wěn)態(tài)熱性能的影響

文獻(xiàn)［14］和［18］中均采用試驗(yàn)手段，向環(huán)路熱管內(nèi)充入NCG，同時(shí)測量回路溫度和壓力的變化。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著NCG 含量的增加，環(huán)路熱管工作溫度逐漸升高，變化趨勢與預(yù)期相符。這是因?yàn)椋琋CG的存在導(dǎo)致儲(chǔ)液器總壓力增大，進(jìn)而造成蒸發(fā)器部位工質(zhì)的飽和壓力和溫度上升，如式（4）所示。

式中：Pcc為儲(chǔ)液器內(nèi)壓力；Pev和PNH3分別為蒸發(fā)器和儲(chǔ)液器的飽和壓力；PNCG為NCG 產(chǎn)生的分壓力；ΔPloss為工質(zhì)沿外回路的流動(dòng)阻力。

此外，文獻(xiàn)［18］中的試驗(yàn)結(jié)果顯示，蒸發(fā)器出口溫度的增量始終大于根據(jù)儲(chǔ)液器內(nèi)NCG 分壓力得到的計(jì)算結(jié)果，表明有其他因素導(dǎo)致工作溫度的升高，進(jìn)而推測是由于蒸發(fā)器溫度升高，“蒸發(fā)器向儲(chǔ)液器的反向漏熱量Qleak”增大，于是儲(chǔ)液器溫度無法穩(wěn)定在原有狀態(tài)而被迫升高，如式（5）所示，因此蒸發(fā)器溫度進(jìn)一步升高。不過，文獻(xiàn)［14］和［18］中均指出，NCG 對(duì)于工作溫度的影響并不顯著，因此工程上可以忽略。

式中：Gev.cc為蒸發(fā)器和儲(chǔ)液器之間的熱導(dǎo)；ΔTev.cc為蒸發(fā)器和儲(chǔ)液器之間的溫差。

文獻(xiàn)［19］中，在地面熱真空環(huán)境下測量了定量NCG 存在時(shí)環(huán)路熱管性能的變化，結(jié)果顯示（見圖5）：在較大的輸入功率（≥60 W）下，NCG 引起的工作溫度升高并不顯著，與前人的研究成果吻合［18］；但是，在較低的功率條件下（＜60 W），工作溫度顯著升高（幅度可達(dá)10～20K）。文獻(xiàn)［19］中進(jìn)而分析了NCG 對(duì)工作溫度的影響機(jī)理，如圖6所示。

圖5 不凝氣體對(duì)不銹鋼-氨環(huán)路熱管工作溫度的影響Fig.5 Effect of NCG on operating temperature of stainless steel-ammonia loop heat pipe

圖6 NCG 對(duì)環(huán)路熱管穩(wěn)態(tài)工作溫度的影響機(jī)理Fig.6 Effect mechanism of NCG on steady-state operating temperature of loop heat pipe

儲(chǔ)液器能量平衡關(guān)系，見式（6）。

式中：ΔEcc為儲(chǔ)液器能量的變化；cp為工質(zhì)比熱容；ΔTsub為回流液體的過冷溫度。

NCG 導(dǎo)致的漏熱量Qleak增加，需要回流液體提供更多的過冷量Qsc，即Tsc必須降低。因此，回流液體須在冷凝器內(nèi)進(jìn)一步被充分冷卻，冷凝器內(nèi)過冷液體段長度增加，相應(yīng)的兩相換熱段長度L減小。由于熱沉溫度為常數(shù)，環(huán)路熱管的工作溫度被迫升高，以便將熱量Qout排散。在大熱載荷條件下，質(zhì)量流量˙m較大，因此溫差ΔTsub僅要增加較小的程度，回流液體即可提供所需的過冷量用于平衡漏熱。相反的，在小熱載荷條件下，為平衡漏熱，回流液體和儲(chǔ)液器之間須形成較大的溫差ΔTsub。因此，NCG 對(duì)工作溫度的影響在小熱載荷條件下更加顯著。

3.2.3 NCG 對(duì)環(huán)路熱管啟動(dòng)熱性能的影響

NCG 的存在，既可能造成環(huán)路熱管啟動(dòng)困難，也可能刺激啟動(dòng)過程，影響效果取決于初始時(shí)刻N(yùn)CG 的分布。文獻(xiàn)［12］和［14］中均采用試驗(yàn)手段，實(shí)時(shí)記錄啟動(dòng)過程環(huán)路熱管特征點(diǎn)的溫度變化，定性分析了匯集在儲(chǔ)液器的NCG 對(duì)啟動(dòng)熱性能的影響趨勢。試驗(yàn)結(jié)果表明，NCG 的存在，提高了啟動(dòng)時(shí)蒸發(fā)器溫度，延長了啟動(dòng)所需的時(shí)間，從而增加了啟動(dòng)難度。文獻(xiàn)［20］中利用數(shù)值仿真方法，分析了儲(chǔ)液器內(nèi)NCG 分壓力與啟動(dòng)時(shí)間及最小熱載荷之間的關(guān)系。結(jié)果表明，小功率啟動(dòng)狀態(tài)下，蒸發(fā)器向儲(chǔ)液器的漏熱占主導(dǎo)地位，僅有少量的熱量傳遞給管內(nèi)工質(zhì)，毛細(xì)芯兩側(cè)的溫度梯度和壓力梯度有可能無法滿足啟動(dòng)需求，導(dǎo)致環(huán)路熱管啟動(dòng)失敗。上述文獻(xiàn)主要研究了儲(chǔ)液器內(nèi)NCG 分壓力對(duì)啟動(dòng)過程造成的抑制作用。然而，文獻(xiàn)［18，21］中發(fā)現(xiàn)，在某些狀態(tài)下，即使回路內(nèi)存在大量NCG，啟動(dòng)過程依然能夠順利完成，從而推斷，初始時(shí)刻若僅有少量NCG 匯集于儲(chǔ)液器，則啟動(dòng)過程幾乎不受影響，若NCG 匯集在蒸氣槽道和毛細(xì)芯外表面，則會(huì)促進(jìn)氣核的形成，反而刺激啟動(dòng)過程。

綜上所述，已開展的研究工作尚處于定性階段：一方面，并未掌握NCG 在環(huán)路熱管內(nèi)的定量分布規(guī)律；另一方面，缺乏相關(guān)的理論體系，因此無法精確預(yù)測NCG 對(duì)熱性能的影響。此外，對(duì)瞬態(tài)過程，特別是啟動(dòng)過程的研究不夠深入。

3.3 兩相流體回路

典型的航天器用兩相流體回路由蒸發(fā)器、冷凝器、蒸氣管線、液體管線及儲(chǔ)液器構(gòu)成，如圖7所示。與環(huán)路熱管類似，由于儲(chǔ)液器的存在，大部分NCG將匯集在儲(chǔ)液器氣體空間。但是，相比于環(huán)路熱管，流體回路的儲(chǔ)液器和蒸發(fā)器相隔較遠(yuǎn)，兩者之間不存在熱耦合問題，因此工作溫度的升高主要來自于NCG 的分壓力，從而導(dǎo)致系統(tǒng)總熱導(dǎo)降低［22］。

圖7 典型航天器用兩相流體回路示意Fig.7 Schematic of typical two-phase fluid loop in spacecraft

相比于航天領(lǐng)域應(yīng)用的兩相流體回路，地面應(yīng)用的流體回路通常不含儲(chǔ)液器，因此，NCG 主要匯集在冷凝器位置，造成冷凝器與熱沉之間的換熱系數(shù)顯著下降［23］。為了削弱NCG 的這一不利影響，文獻(xiàn)［24］中提出在冷凝器位置安裝NCG 收集裝置（儲(chǔ)氣室）。試驗(yàn)結(jié)果表明，大部分NCG 匯集在儲(chǔ)液器A 位置處（見圖8），即此部位是儲(chǔ)氣室安裝的理想位置。此外，儲(chǔ)氣室的體積存在最優(yōu)解。若體積過大，則可能導(dǎo)致一部分工質(zhì)進(jìn)入儲(chǔ)氣室，造成熱量損失；反之，儲(chǔ)氣室不能容納全部的NCG，則剩余的NCG 將占據(jù)一部分冷凝器管路，影響冷凝器與冷源的換熱?？傊?，只有儲(chǔ)氣室體積恰好能夠容納全部的NCG，才能夠保證系統(tǒng)的傳熱性能不受NCG 影響。

圖8 一套應(yīng)用于廢熱循環(huán)系統(tǒng)的流體回路Fig.8 A loop thermosyphon used in waste heat recovery system

相比于環(huán)路熱管，NCG 對(duì)兩相流體回路的影響機(jī)理相對(duì)簡單。但是，空間微重力環(huán)境（例如月面）將影響工質(zhì)在流體回路內(nèi)的氣液分布，有可能造成儲(chǔ)液器內(nèi)氣體空間體積的減小，從而放大NCG 的分壓力［6］。因此，僅依靠地面狀態(tài)下1∶1的試驗(yàn)，無法準(zhǔn)確預(yù)估NCG 對(duì)熱性能的真實(shí)影響程度。此方向的研究工作目前尚處于起步階段，相關(guān)試驗(yàn)和理論研究亟待開展。

4 NCG 問題的抑制措施

對(duì)于傳統(tǒng)熱管，只須保證管體材料和工質(zhì)相容，同時(shí)采取適當(dāng)?shù)那鍧嵤侄味沤^殘留的污染物，就可以最大程度地?cái)嘟^NCG 的來源。此外，對(duì)于同一批次加工的多個(gè)熱管，即使個(gè)別產(chǎn)品內(nèi)存在NCG，也可通過高溫加速壽命的方法檢測，從而確保交付產(chǎn)品的可靠性。因此，工程上有能力解決NCG 引起的傳熱性能下降問題。

對(duì)于環(huán)路熱管，由于毛細(xì)芯的存在，NCG 將在設(shè)備工作周期內(nèi)逐步釋放、匯集。因此，NCG 的產(chǎn)生無法避免。工程上，可采取半導(dǎo)體致冷器（TEC）對(duì)儲(chǔ)液器制冷，以抵消NCG 引起的工作溫度升高和反向漏熱量增加，使工作溫度維持在原有水平附近。同時(shí)，基于圖5的結(jié)果，可在蒸發(fā)器部位增設(shè)輔助加熱設(shè)備，一方面輔助啟動(dòng)，另一方面保證環(huán)路熱管始終工作在較大的熱載荷條件下，不會(huì)因?yàn)闊彷d荷過低而放大NCG 的不利影響。目前，正在開展相關(guān)的試驗(yàn)工作，以驗(yàn)證該方案的可行性。

對(duì)于航天領(lǐng)域應(yīng)用的兩相流體回路，由于含有儲(chǔ)液器結(jié)構(gòu)，故在滿足性能指標(biāo)的前提下，可適當(dāng)增加儲(chǔ)液器體積或減少充裝量，從而增加儲(chǔ)液器內(nèi)的氣體空間，減小NCG 的分壓力。對(duì)于地面不含儲(chǔ)液器結(jié)構(gòu)的流體回路，則可參考文獻(xiàn)［24］中的結(jié)果，在冷凝器出口位置增設(shè)一個(gè)NCG 捕獲裝置，以削弱NCG 對(duì)冷凝換熱的影響。

5 結(jié)束語

本文針對(duì)NCG 引起的航天器兩相熱控設(shè)備性能下降問題，梳理、總結(jié)了近年來國內(nèi)外相關(guān)的研究。其中，對(duì)于傳統(tǒng)熱管，已建立較完整的理論體系，工程上也基本能夠杜絕NCG 的產(chǎn)生。然而，對(duì)于環(huán)路熱管和兩相流體回路，NCG 引起的傳熱傳質(zhì)機(jī)理和特性尚未完全掌握。因此，相關(guān)基礎(chǔ)性研究工作亟待開展，以支持我國未來航天器長壽命熱控系統(tǒng)的研制。

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