ساخت یک صفحه رادیاتور فضایی مجهز به لوله حرارتی مبنی بر بهینه سازی حداکثر یکنواختی توزیع دما درمقابل حداقل جرم

Abstract

دفع حرارت اتلافی تجهیزات موجود در زیر سیستم کنترل حرارت ماهواره‌ها به‌دلیل محدودیت های موجود در فضا (عدم وجود انتقال حرارت جابجایی، محدودیت توان الکتریکی، سبکی و قابلیت اطمینان بالا) از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. صفحه‌های رادیاتور غالبا وظیفه جمع آوری این حرارت های اتلافی و دفع آن را به فضای سرد به‌عهده دارند. صفحه‌های رادیاتور در طیف گسترده‌ای از ماهواره‌ها، از جمله ماهواره‌های علمی، ماهواره‌های مخابراتی و ماهواره‌های سنجش از دور، استفاده می‌شوند. در ماهواره‌های علمی، رادیاتورها برای دفع حرارت تولید شده توسط ابزارهای علمی مانند دوربین‌ها و طیف‌سنج‌ها استفاده می‌شوند. در ماهواره‌های مخابراتی و سنجش از دور ، رادیاتورها به ترتیب برای دفع حرارت تولید شده توسط تقویت‌کننده‌های توان و حسگرها و پردازنده‌ها استفاده می‌شوند. سبکی، راندمان و قابلیت اطمینان بالا بالای این تجهیز از مزایای استفاده از آن بوده و چالش اصلی استفاده از آن سطح کافی برای دفع حرارت و یکنواختی دمای صفحه رویی هنگام تابش حرارت اتلافی به محیط سرد (فضا) است. استفاده از لوله‌های حرارتی در ساختار سازه صفحه رادیاتور این یکنواختی را مهیا می‌سازد. رادیاتور‌ مجهز به لوله حرارتی شامل یک صفحه ساندویچی است که در آن شبکه‌ای از لوله‌های حرارتی قرار گرفته است. افزایش تعداد لوله‌های حرارتی آن، گرادیان دما در سطح رادیاتور را کاهش و وزن رادیاتور را افزایش می‌دهد. با توجه به اهمیت سبکی تجهیزات در سامانه‌های فضایی، بهینه‌سازی تعداد لوله‌ها و نحوه چیدمان هندسی آنها در رادیاتور باید به گونه‌ای باشد که حداکثر یکنواختی دما در سطح و حداقلی وزن رادیاتور تامین گردد. هدف از پژوهش حاضر، بهینه‌سازی عملکرد یک رادیاتور مجهز به لوله حرارتی(حداکثر یکنواختی دما در سطح) برای دستیابی به حداکثر بازده با لحاظ محدودیت وزنی و ابعادی اعمالی از طرف طراح سیستم می‌باشد. ابتدا یک مدل ریاضی با حل عددی توسعه یافته و به کمک آن اثر پارامترهای طراحی شامل ضخامت رویه و هسته، فواصل بین لوله های حرارتی، جرم و سطح رادیاتور در راندمان صفحه رادیاتور به طور جامع بررسی شده است.. با استفاده از مدل ارائه شده و ملزومات کارفرما برای یک صفحه رادیاتور، فواصل بهینه لوله‌های حرارتی بدست آمده و یک صفحه رادیاتور ساخته شده است. نتایج به دست آمده از آزمون رادیاتور ساخته شده با راندمان پیش بینی شده از مدل مقایسه گردید تا صحه سنجی مدل انجام گیرد. با توجه به نتایج حاصل از آزمایش، راندمان‌ رادیاتور ساخته شده 89% در دمای ریشه 39 درجه سانتی گراد به دست آمد. مقدار خطای این راندمان با راندمان محاسبه شده از تئوری در حدود 3 درصد است.