机械泵驱动的两相回路(Mechanically Pumped Two-phase Loop,MPTL)是以机械泵作为驱动元件,驱动工质在回路循环运行,利用工质相变潜热来传递热量的高效传热装置,具有优秀的均温性、主动控温的优点、适合于对长距离分布式、不均匀的热源进行散热和控温,是航天器热控以及高热流密度电子器件散热的有效冷却系统之一。　　 本文针对空间高能粒子探测器(AMS-02)中机械泵驱动二氧化碳两相回路系统中实现集热和控温的关键部件——并联蒸发器,进行了包括热载荷启动时以及运行时的稳定性实验研究。　　 一、热载荷启动研究。该MPTL系统单和并联蒸发器的热载荷启动特性的实验研究结果表明:低工作温度下,工质在蒸发器中会出现过热现象,从而导致“爆炸沸腾”并造成压力冲击,且当热载荷足够高时行核点下游还会出现的“暂时性干烧”的不稳定现象。依据工质在蒸发器出现沸腾的时间顺序定义“阶段性爆炸沸腾”和“一致性爆炸沸腾”。并联蒸发器热载荷启动特性与单蒸发器相似,但是工质在发生“爆炸沸腾”时还会在并联蒸发器间进行能量的交换,情况将更加复杂。此外,本文还实验研究了蒸发器上总热载荷以及其内外环加热比例,相等与不相等热载荷以及不同工作温度下对MPTL系统蒸发器热载荷启动时稳定性的影响。　　 二、运行稳定性的实验研究。该MPTL系统并联蒸发器运行稳定性实验包括瞬态实验和稳态实验。瞬态实验结果表明:在工作温度范围之内,该MPTL系统中各种运行参数如:机械泵转速、并联蒸发器热载荷以及它们之间的热分配和冷凝器边界温度的变化,所引起的蒸发器温度波动最大为1.5℃。稳态实验结果表明:在一定的系统流量和总热载荷下,该MPTL系统并联蒸发器间会出现“密度波脉动”的两相流动态不稳定性,当加热载荷足够高时其出口会出现温度脉动。总结实验数据,我们获得了此“密度波脉动”在不同工作温度下的发生区域图,并得出了此密度波脉动周期()、声速sound、蒸发器管长L、出口空泡率ε与其混合雷诺数ReMix的关联关系。此外实验研究和分析了蒸发器内外环加热比例对此“密度波脉动”影响。　　 本文总结了MPTL系统并联蒸发器的实验发现:(1)在热载荷启动实验中,工质过热后出现的“爆炸沸腾”所产生压力冲击强度较小时,会引起蒸发器进口流量暂时性减少；压力冲击强度足够大时,可引发形核点上游处工质在蒸发器内回流。此外,在热载荷启动工况中,初始形核点过热度以及蒸发器上热载荷分布对“爆炸沸腾”所产生的压力冲击强度有很大影响。初始形核点过热度越大,压力冲击强度越高,工质回流和“暂时性”干烧现象就越剧烈。当蒸发器外环热载荷等于或高于内环时,“一致爆炸沸腾”发生的可能性增大,它会产生强大的压力冲击,这可能会对系统关键部件如机械泵和压力传感器造成损害。(2)在稳态实验中,蒸发器上热载荷分布和工作温度对“密度波脉动”有很大影响。当蒸发器外环(上游)热载荷等于或高于内环(下游)时,密度波脉动幅度减小,稳定性变好。随着工作温度逐步降低,密度波脉动区域加宽,稳定性变差。　　 工质在低温工况小管径或微小管径流道直接热载荷启动时,均会由于过热而出现“爆炸沸腾”的不稳定现象。本文使用板式换热器上的加热器对进入蒸发器前的过冷液体进行加热,使其吸热蒸发成为两相流体,从而消除工质过热现象。蒸发器增加热载荷后没有出现压力冲击或当热载荷足够大时出现的“暂时性干烧”现象,储液器控温稳定,整个系统启动安全可靠,这为设计类似小流道两相流体回路系统提供工程参考意义。　　 “密度波脉动”是两相流系统中特别是并联或多沸腾流道中最常见的动态流动不稳定性之一,在该MPTL系统并联蒸发器间同样存在。然而,可通过机械泵转速或工作温度的主动调节来消除该MPTL系统中两相流不稳定性,这是其作为最有发展前景的航天器热控制术的优势所在。　　 总体而言,此MPTL系统完全能够胜任长距离散热任务,在提供高精度控温和优良的温度稳定性同时,还能够通过主动调节自身运行参数避免两相流不稳定性的发生,具有较大的设计和操作弹性。