第十九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛
2025
省赛
课外学术科技作品竞赛（主体赛）
一等奖
未转化
否
现有的空间站温湿度控制装置主要采用主动式冷凝除湿技术，如欧美采用的板翅式结构和俄罗斯采用的管翅式结构。然而，这些传统结构存在以下问题： （1）传热效率低：传统翅片换热器的传热效率较低，难以满足无重力环境下的高效控湿需求。 （2）冷凝水处理复杂：冷凝水的收集和输运系统较为复杂，容易导致冷凝水滞留，影响装置的稳定性和可靠性。 （3）能耗高：传统装置通常需要较高的功率支持，增加了空间站的能源负担。 （4）结构复杂：现有装置往往需要与流体回路系统耦合，增加了系统的复杂性和故障风险。 本作品具有以下突出的实质性技术特点和显著进步： （1）高效热湿传递：采用多孔介质填充纳米银材料作为热湿传递芯体，其高导热性和多孔结构能够显著提升换热效率。实验结果表明，装置传热传质效率比传统设备提高了59.2%。 （2）冷凝水处理优化：引入虹吸导湿系统，利用导水纸作为通道，结合调湿罐的负压环境，实现了冷凝水的高效输运与储存。该设计克服了传统系统中冷凝水滞留和处理复杂的问题，提高了装置的可靠性和效率。 （3）能耗降低：以斯特林制冷机为动力源，较传统湿度控制装置在达到相同除湿量的情况下能耗更低。这不仅降低了空间站的能源负担，还提高了装置的经济性。装置体积较小，结构紧凑，满足空间站轻量化要求。 技术性分析说明 （1）材料选择的科学性：泡沫金属因其高比表面积、复杂流道结构及优异的传热传质特性，在航天热管理领域展现出巨大潜力。泡沫铜的导热系数为401 W/(m·K)，远高于泡沫铝（237 W/(m·K)），且在低孔隙率时，其有效导热系数更高。这为装置提供了高效的传热基础。 （2）结构设计的先进性：通过优化翅片的高度、厚度及孔密度等参数，实现了最佳的换热效果。实验表明，翅片高度为60mm时，导热量与压降达到最佳平衡。同时，“芯体”的设计有效促进了冷量的均匀传递，提高了装置的整体性能。 （3）冷凝水处理的创新性：虹吸导湿系统的引入是本作品的重要创新点。通过导水纸作为通道，结合调湿罐的负压环境，实现了冷凝水的高效输运与储存。这一设计不仅解决了传统装置中冷凝水滞留的问题，还提高了装置的稳定性和可靠性。 （4）系统集成的高效性：斯特林制冷机与芯体的耦合设计，实现了冷量的均匀高效传递。
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暂未公开
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