环路热管研究报告.doc

航空航天大学2014- ,沿管长方向依次为蒸发段、绝热段和冷凝段。传统热管利用工质的蒸发和凝结来传递热量,液体工质在蒸发段吸热蒸发,产生的蒸气沿热管中心蒸气通道经绝热段流至冷凝段冷凝放热,凝结的液体在毛细芯产生的毛细压力作用下经毛细芯从冷凝段回流至蒸发段,如此循环,实现热量从热源至热沉的高效传输,而无需外加动力。。,在热管的蒸发段,液体不断从毛细芯表面蒸发变成蒸气,致使气液界面的曲率半径逐渐减小,气液界面两侧的压差相应增大;而在冷凝段,蒸气不断在毛细芯表面凝结变成液体,致使毛细孔的气液界面趋于一个平面,曲率半径不断增大,气液界面两侧的压差相应减小。毛细芯提供的毛细压力可表示为: ()工质在热管循环的压降主要包括蒸气从蒸发段流向冷凝段的压降,液体从冷凝段回流至蒸发段的压降以及重力对液体流动引起的压降(蒸发器位于冷凝器下端时,重力辅助液体回流,此项为负值;蒸发器位于冷凝器上端时,重力阻碍液体回流,此项为正值)。热管的正常运行要求毛细芯提供的毛细压力与工质循环的总压降相平衡,如式()所示: ()工质在毛细芯的接触角具有自调节功能,根据式(),毛细芯提供的毛细压力随着接触角的变化而改变,从而保证式()一直成立。当蒸发段毛细芯接触角θe为零度,冷凝段毛细芯接触角θc为90度时,毛细芯提供的毛细压力达到最大值: ()当热管工质循环的总压降等于毛细芯所能提供的最大毛细压力时,热管的传热能力达到最大,即达到了毛细限。继续增大热载荷,毛细芯无法提供足够的驱动力,热管将无常运行。,在军用和民用领域均得到了广泛应用,如将热管应用于航天器热控制、电子器件冷却以及工业余热回收等。与其它传热元件相比,热管具有很多优点:(1)热管具有极高的传热性能,能以很小的温差远距离传输较大的热量;(2)热管具有优良的等温性,蒸发段与冷凝段壁面温度分别接近蒸发温度和冷凝温度,具有良好的温度一致性;(3)热管工质的循环由毛细芯产生的毛细压力驱动,无需外加动力;(4)热管具有良好的启动性能,蒸发段与冷凝段两者存在很小温差时,热管便能迅速启动,实现热量的高效传输;(5)对于水平放置的有芯热管,热量传输方向具有可逆性,而对于重力热管,具有热二极管(单向传热)的特性;(6)热管具有良好的环境适应性,可根据热源和热沉的结构形式对热管结构进行一定的改变,如设置多个蒸发段或冷凝段,制成平板热管或分离式热管等。然而,传统热管也存在一些固有的缺陷,限制了它的传热能力以及广泛应用,主要包括如下几个方面:首先,传统热管受到使用方位和长度的限制。,在重力场中,当蒸发段位于冷凝段上方会对热管运行产生不利影响,因为毛细芯可能无法提供足够的毛细压力去克服重力而使冷凝液体回流至蒸发段,即传统热管的反重力能力非常差,尤其对于槽道热管,这是使用方位对传统热管的限制。虽然根据式()可得,毛细压力随着毛细孔孔径的减小而增大,可采用减小毛细孔孔径的办法来增大毛细压力,但是减小毛细孔孔径的同时会使得液体经毛细芯回流的阻力显著增加,甚至抵偿或超过毛细压力增大的部分,因此,减小毛细孔孔径无法彻底解决使用方位的限制。此外,对应一定的热载荷,热管的传热距离存在一定限制,这是因为液体回流阻力随热管长度的增加而增大,工质循环的总压降可能超过毛细芯所能提供的最大毛细压力,造成蒸发段因供液不足而烧干,热管无常运行,这是长度的限制。,传统热管有携带现象发生。由于热管蒸气和液体直接接触且流向相反,导致蒸气对毛细芯的回流液体施加剪切力。当蒸气流速较高时,可能将气液界面的液体以微滴形式携带回冷凝段,同时液体回流受阻。携带导致所需的工质循环量增大,当液体回流不能满足循环量增加时,蒸发段就会烧干。携带现象是限制传统热管传热能力的