• Home
  • Kemi
  • Astronomien
  • Energi
  • Naturen
  • Biologi
  • Fysik
  • Elektronik
  • Håller oss coola i rymden

    Schematiskt diagram av testslinga för flödeskokning. Kredit:JAXA

    När rymdfarkosterna blir större, värmen de producerar ökar också. Det betyder att fordon byggda för långsiktig rymdutforskning behöver effektivare kylsystem.

    Tvåfasflödesundersökningen tittar på värmeöverföringsegenskaperna för hur kokande vätskor förvandlas till ånga i mikrogravitation. Flödeskokning är kokning med forcerat flöde över en uppvärmd yta, medan tvåfasflöde syftar på att båda faserna - ånga och vätska - flyter samman i en enda kanal eller rör. Med hjälp av en slinga med ett genomskinligt värmerör ombord på den internationella rymdstationen, forskare kommer att fastställa flödeshastighet, värmekraft, förhållandet mellan ånga och totalt flöde, och andra effekter under olika förhållanden. Dessa data kommer att bidra till en bättre grundläggande förståelse av beteendet hos vätska och ånga och mekanismen för hur värme överförs i mikrogravitation.

    På jorden, denna förståelse har potentiella tillämpningar inom design av kylsystem för högpresterande datorer, dataservrar, och elfordon.

    Satoshi Matsumoto, en projektforskare med Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), sade "Värmeledningssystem måste ta bort stora mängder värmeenergi, transportera spillvärme långa avstånd till radiatorer, och kyla höga nivåer av termisk energi som genereras av kraftenheter. Att åstadkomma allt detta kräver effektivare metoder för att ta bort värmeenergi, och enheter som använder kokande och tvåfasflöde visar mer lovande än konventionella metoder."

    Kokning tar bort värme genom att förvandla vätska till ånga vid den uppvärmda ytan. Kylsystem använder kondensatorer som kyler ångan och producerar kondens på ytan av enheten, på så sätt förvandlar ångan tillbaka till en vätska, i en kontinuerlig cykel. I ett tvåfasflödessystem, värme avlägsnas när vätskan förångas under kokning, vilket resulterar i högpresterande värmeavlägsnande och transport.

    Blandningar av vätskor och bubblor beter sig väldigt olika i rymden, dock.

    Experimentets hårdvara, som installeras i Multi-purpose Small Payload Rack i KIBO-modulen på rymdstationen. Kredit:JAXA

    På jorden, bubblor som genereras vid kokning lämnar vätskans yta på grund av flytkraften - bubblorna är ungefär 1, 000 gånger mindre tät än vätskan. Den flytande kraften försvinner i mikrogravitationen, så att bubblor inte lätt lossnar från ytan. De bildar väsentligen ett isolerande skikt vid ytan och kan avsevärt minska värmeöverföringen.

    Utredningen kommer att upprätta en databas som är användbar för att designa nästa generations system för att hantera värme i rymden. För närvarande, det finns ingen sammanhängande databas för flödes- och värmeöverföringsbeteenden för blandningar av vätskor och ångor som används för flödeskokning i mikrogravitation.

    "En databas med kokande tvåfasflöde kan också visa oss villkoren där gravitationseffekten försvinner, även om kylvätskan eller rörens geometri förändras, " Sa Matsumoto. "Detta är viktigt för att designa kylsystem för rymden som refererar till resultat från orbitalexperimentet trots det begränsade antalet experimentella förhållanden."

    "Sammanfattningsvis, våra vetenskapliga mål är att klargöra detaljerade mekanismer för värmeöverföring, upprätta en karta över de dominerande krafterna, och förtydliga detaljer om flytande ångflödesbeteenden, "sade huvudutredaren Haruhiko Ohta, en forskare vid institutionen för flyg- och astronautik vid Kyusyu University i Japan. "Detta mikrogravitationsexperiment kommer att främja grundläggande förståelse av kokande tvåfasflöde, speciellt förhållandet mellan värmeöverföringen och beteendet vid gränssnittet."

    Dessutom, JAXA kommer att upprätta standarder för termiska ledningssystem för rymdfarkoster som använder kokande tvåfascirkulationsslingor, inklusive värmerörsslingor som en alternativ passiv metod till den pumpade slingan som testades i denna undersökning.

    Effektivare värmeledningssystem, i rymden och på jorden, hjälper oss att hålla oss coola.


    © Vetenskap https://sv.scienceaq.com