Um den Anforderungen an eine effiziente Wärmeabfuhr von Schienenverkehrs- und Luft- und Raumfahrtausrüstung in veränderlichen Schwerkraftumgebungen gerecht zu werden, wurde in dieser Arbeit eine systematische experimentelle Untersuchung und datengesteuerte Modellierung der Dampfwärmeübertragungseigenschaften einer Wasser-Ethylenglykol-Mischlösung in Mikrokanälen durchgeführt. Durch den Aufbau einer variablen Schwerkraft-Experimentierplattform basierend auf einer Zentrifuge wurde eine Simulation der Schwerkraftumgebung von 1,00g bis 3,16g erreicht. Es wurden Daten zum Wärmeübertragungskoeffizienten und zur kritischen Wärmestromdichte bei Massenstromraten von 50~500 kg/(m²·s) und Wärmestromdichten von 100~800 kW/m² erfasst. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die Gravitationsbeschleunigung die Wärmeübertragung beim Strömungskochen signifikant verstärkt: Bei einer Erhöhung der Schwerkraft von 1,0g auf 3,16g stieg der Wärmeübertragungskoeffizient um 60%~80%, und die kritische Wärmestromdichte erhöhte sich um 20%~35%. Im Bereich niedriger Trockenheit verstärkt die Schwerkraft die Wärmeübertragung durch Verringerung des Blasenabscheiddurchmessers und Erhöhung der Ablösefrequenz; im mittleren bis hohen Trockenheitsbereich führt die verstärkte Schwerkraft zu einer dünneren und gleichmäßigen Verteilung des Flüssigkeitsfilms und verzögert effektiv das Austrocknungsphänomen. Zudem zeigen Vergleiche mit 10 klassischen Wärmeübertragungskorrelationen, dass traditionelle Modelle unter variabler Schwerkraft große Vorhersagefehler aufweisen, wobei das Fang-Modell die beste Leistung zeigt, jedoch mit einem mittleren absoluten Fehler von 9,6%. Schließlich wurden mit drei Machine-Learning-Algorithmen – Random Forest, Support Vector Machine und Extreme Gradient Boosting – Vorhersagemodelle für den Wärmeübertragungskoeffizienten entwickelt, wobei das XGBoost-Modell über den gesamten Schwerkraftbereich einen mittleren absoluten Fehler von nur 3,1% aufweist und damit traditionelle empirische Korrelationen deutlich übertrifft. Die Forschungsergebnisse liefern die theoretische Grundlage für die Optimierung von Kühlsystemen in schienen- und luftfahrzeuggebundenen Geräten.

variable Schwerkraftumgebung;Mikrokanal;Strömungskochen;kritische Wärmestromdichte;maschinelles Lernen