1、cvglpppp二二.两相闭式热虹吸管两相闭式热虹吸管 两相闭式热虹吸管又称为重力热管。两相闭式热虹吸管又称为重力热管。与普通热管原理一样，但不同的是热管内与普通热管原理一样，但不同的是热管内没有吸液芯，冷凝液的回流主要是靠自身没有吸液芯，冷凝液的回流主要是靠自身的重力作用，因此，热虹吸管的作用有一的重力作用，因此，热虹吸管的作用有一定的方向性：冷凝段位置必须高于蒸发段。定的方向性：冷凝段位置必须高于蒸发段。其结构简单、制造方便、成本低廉、而且其结构简单、制造方便、成本低廉、而且传热性能优良、工作可靠，因此在地面上传热性能优良、工作可靠，因此在地面上的各类传热设备中都可以作为高效传热元的各类传
2、热设备中都可以作为高效传热元件，其应用领域非常广泛。件，其应用领域非常广泛。两相闭式热虹吸管两相闭式热虹吸管三三.旋转热管旋转热管 旋转热管的概念是由旋转热管的概念是由Gray于于1969年首次提出的。旋转热年首次提出的。旋转热管的显著特征是热管自身是旋管的显著特征是热管自身是旋转件，因而可以用于所有需要转件，因而可以用于所有需要冷却散热的旋转零部件，如电冷却散热的旋转零部件，如电机转子，发动机电动机转轴等机转子，发动机电动机转轴等的冷却，具有实际应用价值。的冷却，具有实际应用价值。四四.分离式热管分离式热管 分离式热管结构示意图 分离式热管的结构如左图所示，其分离式热管的结构如左图所示，其蒸
3、发段和冷凝段是分开的，通过蒸汽上蒸发段和冷凝段是分开的，通过蒸汽上升管和液体下降管连通形成一个自然循升管和液体下降管连通形成一个自然循环回路。环回路。分离式热管的冷凝段必须高于蒸发分离式热管的冷凝段必须高于蒸发段，液体下降管与蒸汽上升管之间会形段，液体下降管与蒸汽上升管之间会形成一定的密度差，这个密度差所能提供成一定的密度差，这个密度差所能提供的压头与冷凝段和蒸发段的高度差密切的压头与冷凝段和蒸发段的高度差密切相关，它用以平衡蒸汽流动和液体流动相关，它用以平衡蒸汽流动和液体流动的压力损失，维系着系统的正常运行而的压力损失，维系着系统的正常运行而不再需要外加动力。不再需要外加动力。分离式热管最大
4、的特点是冷凝段和蒸发段可以较远距离分离式热管最大的特点是冷凝段和蒸发段可以较远距离安装，从而使得冷热流体完全隔离，避免了相互渗漏的问安装，从而使得冷热流体完全隔离，避免了相互渗漏的问题题，安全性能较经典热管大为提高。，安全性能较经典热管大为提高。六六.微型热管及小型热管微型热管及小型热管微型热管横截面示意图 定义定义：微型热管被定义为液汽交界面的平均曲率在数量：微型热管被定义为液汽交界面的平均曲率在数量上和液体总流通截面水力半径的倒数相当的一种热管。典上和液体总流通截面水力半径的倒数相当的一种热管。典型的微型热管有凸面、锐角的截面型的微型热管有凸面、锐角的截面(例如多边形例如多边形)，水力半径
5、，水力半径范围为范围为10500m。其典型横截面形状。其典型横截面形状如上图所示如上图所示。对于小。对于小型热管，其最小截面直径为型热管，其最小截面直径为1mm数量级。数量级。七、毛细泵回路七、毛细泵回路 热管作为高效的传热元件已广泛应用于各个领域，然而在地面上，如果热管热管作为高效的传热元件已广泛应用于各个领域，然而在地面上，如果热管的蒸发段位于冷凝段之上，其传热能力就将受到限制，毛细泵回路可以解决这一的蒸发段位于冷凝段之上，其传热能力就将受到限制，毛细泵回路可以解决这一问题，其基本工理与普通热管的基本原理相似，但其可处于任何位置长距离有效问题，其基本工理与普通热管的基本原理相似，但其可处于
6、任何位置长距离有效换热。换热。其概念首先是由美国其概念首先是由美国NASA Lewis研究中心的研究中心的Stenger于于1966年提出的，可有年提出的，可有效地用于小温差、长距离、无附加动力的热量回收，也可用于航天器的热管理系效地用于小温差、长距离、无附加动力的热量回收，也可用于航天器的热管理系统，并可能使大型航天器的热管理系统出现巨大的变革。统，并可能使大型航天器的热管理系统出现巨大的变革。毛细泵回路以其独特的工作方式工作，具有以下工作特点：(1)具有较高的传热能力具有较高的传热能力(2)具有优良的控温特性具有优良的控温特性(3)热分享特性热分享特性(4)压力灌注特性压力灌注特性 (5)
7、热二极管特性热二极管特性 毛细泵回路的研究已经成为目前研究的热点之一，它在空间站、现代通讯卫星、大功率宇宙飞船、电子元器件的冷却方面都有着广阔的应用前景。吸液芯工质的容积吸液芯总容积 WntQR91 K/WnnRR 从图中可以看出：当工作温度低时，最易出现粘性极限及声速极限。而在高温下则应防止出现毛细极限及沸腾极限。故热管的工作点必须选择在包络线的下方。什么叫连续流动极限？什么叫连续流动极限？对于小热管，如微型热管，对于小热管，如微型热管，以及工作温度很低的热管，热管以及工作温度很低的热管，热管内的蒸气流动可能处于自由分子内的蒸气流动可能处于自由分子状态或稀薄、真空状态。这时，状态或稀薄、真空
8、状态。这时，由于不能获得连续的蒸气流，传由于不能获得连续的蒸气流，传热能力将受到限制。热能力将受到限制。什么叫冷冻启动极限？什么叫冷冻启动极限？在从冷冻状态启动过程中，在从冷冻状态启动过程中，蒸发端来得蒸气可能在绝热段蒸发端来得蒸气可能在绝热段或冷凝段再次冷冻，这将耗尽或冷凝段再次冷冻，这将耗尽蒸发段来的工作介质，导致蒸蒸发段来的工作介质，导致蒸发段干涸，热管无法正常启动发段干涸，热管无法正常启动工作。工作。什么叫黏性极限？什么叫黏性极限？在蒸汽温度低时，工作流在蒸汽温度低时，工作流体的蒸汽在热管内的流动受粘体的蒸汽在热管内的流动受粘性力支配，即热管中蒸汽流动性力支配，即热管中蒸汽流动的粘滞阻
9、力限制了热管的最大的粘滞阻力限制了热管的最大传热能力。粘性极限只与工质传热能力。粘性极限只与工质物性、热管长度和蒸汽通道直物性、热管长度和蒸汽通道直径有关，而与吸液芯的几何形径有关，而与吸液芯的几何形状和结构形式无关。状和结构形式无关。什么叫声速极限？什么叫声速极限？热管中的蒸汽流动类似于拉伐热管中的蒸汽流动类似于拉伐尔喷管中的气体流动。当蒸发段温尔喷管中的气体流动。当蒸发段温度一定，降低冷凝段温度可使蒸汽度一定，降低冷凝段温度可使蒸汽流速加大，传热量因而加大。但当流速加大，传热量因而加大。但当蒸发段出口汽速达到声速时，进一蒸发段出口汽速达到声速时，进一步降低冷凝段温度也不能再使蒸发步降低冷凝
10、段温度也不能再使蒸发段出口处汽速超过声速，因而传热段出口处汽速超过声速，因而传热量也不再增加，这时热管的工作达量也不再增加，这时热管的工作达到了声速的极限。到了声速的极限。什么叫冷凝极限?冷凝极限指通过冷凝段汽冷凝极限指通过冷凝段汽-液液交界面所能传递的最大热量。热管交界面所能传递的最大热量。热管最大传热能力可能受到冷凝段冷却最大传热能力可能受到冷凝段冷却能力的限制，不凝性气体的存在降能力的限制，不凝性气体的存在降低了冷凝段的冷却效率。低了冷凝段的冷却效率。什么叫沸腾极限?热管工作中当其蒸发段径向热流热管工作中当其蒸发段径向热流密度很大时，将会使管芯内工作液体密度很大时，将会使管芯内工作液体沸
11、腾。当径向热流密度达到某一临界沸腾。当径向热流密度达到某一临界值时，对于吸液芯的热管，由于所发值时，对于吸液芯的热管，由于所发生的大量汽泡堵塞了毛孔，减弱或破生的大量汽泡堵塞了毛孔，减弱或破坏了毛细抽吸作用，致使凝结液回流坏了毛细抽吸作用，致使凝结液回流量不能满足蒸发要求。量不能满足蒸发要求。什么叫携带极限?热管中蒸汽与液体的流动方向相热管中蒸汽与液体的流动方向相反，在交界面上二者相互作用，阻反，在交界面上二者相互作用，阻止对方流动。液体表面由于受逆向止对方流动。液体表面由于受逆向蒸汽流的作用产生波动，当蒸汽速蒸汽流的作用产生波动，当蒸汽速度高到能把液面上的液体剪切成细度高到能把液面上的液体剪
12、切成细滴并把它带到冷凝段时，液体被大滴并把它带到冷凝段时，液体被大量携带走，使应当通过毛细芯返回量携带走，使应当通过毛细芯返回蒸发段去的液体不足甚至中断，从蒸发段去的液体不足甚至中断，从而造成蒸发段毛细芯干涸，使热管而造成蒸发段毛细芯干涸，使热管停止工作，这就达到了热管的携带停止工作，这就达到了热管的携带传热极限。传热极限。什么叫毛细极限?在热管运行中，当热管中的汽在热管运行中，当热管中的汽体液体的循环压力降与所能提供的体液体的循环压力降与所能提供的最大毛细压头达到平衡时，该热管最大毛细压头达到平衡时，该热管的传热量也就达到了最大值。如果的传热量也就达到了最大值。如果这时加大蒸发量和冷凝量，则
13、会因这时加大蒸发量和冷凝量，则会因毛细压头不足使抽回到蒸发段的液毛细压头不足使抽回到蒸发段的液体不能满足蒸发所需要的量，以致体不能满足蒸发所需要的量，以致会发生蒸发段吸液芯的干涸和过热。会发生蒸发段吸液芯的干涸和过热。导致壳壁温度剧烈升高，甚至导致壳壁温度剧烈升高，甚至“烧烧毁毁”。热管的相容性及寿命热管的相容性及寿命(1)产生不凝性气体(2)工作液体物性恶化(3)管壳材料的腐蚀、溶解热管研究的关键技术热管研究的关键技术（1）温度展平（均温技术）温度展平（均温技术）（2）汇源分隔）汇源分隔（3）变换热流密度）变换热流密度（4）热控制）热控制(可变导热管可变导热管)（5）单向导热）单向导热(热二
14、极管热二极管)（6）旋转元件的传热）旋转元件的传热(旋转热管旋转热管)（7）微型热管技术）微型热管技术 （8）高温热管技术）高温热管技术 管径设计管径设计 管径设计的一个基本原则就是管内的蒸汽速度不超过一定的极限值，这个极限值就是在蒸汽通道中最大马赫数不能超过0.2，这时蒸汽流动可以被认为是不可压缩的流体流动，轴向温度梯度很小，可以忽略不计。管壳设计管壳设计热管部工作时，一般处于负压状态（低温热管除外），外界压力一般为大气压力，故可以不考虑管壳失稳的问题，因而管壳的设计主要从强度考虑。管壳壁厚由强度计算所得壁厚加上腐蚀裕度得出，端盖则可以按照平板的设计较容易的设计。吸液芯设计吸液芯设计设计吸液芯的依据是毛细极限的计算。毛细极限的检验毛细极限的检验 验算验算验算携带极限、沸腾极限，最后核算Re数，验算是否为层流流动。2管壳结构设计管壳结构设计 m2ipd
