环路热管研究.doc

环路热管研究
环路热管研究
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环路热管研究
北京航空航天大学
2014－2015学年第一学期
现代飞行器环境控制新技术
班级SY14055班学号SY1405514
（
）所示：
pcappvplpg
（）
工质在毛细芯内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
段毛细芯内接触角θe为零度，冷凝段毛细芯内接触角θc为90度时，毛细芯
提供的毛细压力达到最大值：
(pcap)max
pe
2cose
2cosc
2
pc
r
r
（）
r
当热管内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，热管将无法正常运行。

热管作为一种具有超高导热性能的传热元件在业界已广为人知，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)热管内工质的循环由毛细芯产生的毛细压力驱
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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。如图
，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着增加，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，热管无法正常运行，这是长度的限制。
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热
源
回流方向
热
沉

其次，传统热管内有携带现象发生。由于热管内蒸气和液体直接接触且
流向相反，导致蒸气对毛细芯内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因素之一。
最后，传统热管安装不够灵活方便。传统热管的管壳通常是铜、铝合金、不锈钢等金属材料，只允许一定程度的弯曲，在一些复杂的安装场合应用往往受到限制。

系统构成与工作原理
环路热管（LoopHeatPipe，LHP）一般由蒸发器、冷凝器、储液器以及
蒸气和液体管线构成。，与早期结构的
显着区别是将液体回流管线引入到蒸发器中心，这段回流管线称为液体引管。

LHP的工作原理：对蒸发器施加热载荷，工质在蒸发器毛细芯外表面蒸发，
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