【正文】 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）論文（設(shè)計(jì)）題目：xxxxrpm分離式熱管冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目 錄摘要 IIIAbstract IV第一章 緒論 1 1 2 3 4第二章 熱管的選擇及軸承產(chǎn)熱計(jì)算 5 熱管工質(zhì)的選擇 5 工質(zhì)物性數(shù)據(jù)的選擇和計(jì)算 6 估算熱管的工作溫度 8 推動(dòng)力的計(jì)算 8 軸承產(chǎn)熱的計(jì)算 8 熱管工作平均溫度的計(jì)算 10 管殼材料的選擇及強(qiáng)度計(jì)算 10 熱阻和傳熱面積的計(jì)算 13 熱阻的計(jì)算 13 傳熱面積的計(jì)算 15 傳熱管數(shù)目的計(jì)算 17 單根熱管的傳熱能力 17第三章 熱管的設(shè)計(jì) 18 聲速極限條件下的蒸汽腔直徑 18 吸液芯的選擇及設(shè)計(jì) 19 吸液芯的選擇 19 實(shí)際蒸汽腔直徑 22 驗(yàn)算毛細(xì)極限和計(jì)算傳遞的最大功率 22 核算雷諾數(shù) 23 熱管傳熱極限的計(jì)算 23 攜帶傳熱極限的計(jì)算 25 聲速傳熱極限的校核 25 沸騰傳熱極限的計(jì)算 26 干涸傳熱極限的校核 26 熱管充裝量的計(jì)算 27 冷凝翅片的選擇和計(jì)算 28第四章 真空室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 真空室壁厚的計(jì)算 29 封頭設(shè)計(jì) 32 假設(shè)名義厚度 32 值的計(jì)算 32 計(jì)算許用壓力 32 33 密封結(jié)構(gòu) 33 真空口法蘭的選取 33 人、手孔的設(shè)計(jì) 34 開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng) 35 35第五章 附件的選取 37 溫度儀表的選擇 37 壓力儀表選擇 38 支座設(shè)計(jì) 39總結(jié) 43參考文獻(xiàn) 44致謝 45xxxxrpm分離式熱管冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘　要真空室中高速旋轉(zhuǎn)的主軸軸承會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，若不將熱量及時(shí)導(dǎo)走，將直接影響到系統(tǒng)的正常工作。本設(shè)計(jì)通過(guò)向高速旋轉(zhuǎn)主軸真空系統(tǒng)引入熱管，利用熱管的高效導(dǎo)熱性，將軸承產(chǎn)生的大量熱量及時(shí)導(dǎo)走，使系統(tǒng)維持在正常的溫度范圍。研究表明：利用高效的熱管導(dǎo)熱技術(shù)，能迅速帶走主軸電機(jī)和主軸軸承上的熱量，能有效控制溫升，最大限度的減少由于高速主軸產(chǎn)生的熱量引起的系統(tǒng)故障，同時(shí)也將大大提高軸和軸承的使用壽命。關(guān)鍵詞：真空系統(tǒng) 高速軸承 熱管 The design of 20,000 rpm separate heat pipe cooling systemAbstractWhen the high speed shafts rotate at a high speed in vacuum chamber, bearings will produce a great quantity of heat, if they can not be removed in time, that can directly influence the move of the bearing system, In this paper, we introduce heat pipes into the vacuum chamber and take advantage of the high thermal conductivity to remove a great quantity of heat in time which are produced when the high speed shafts rotate at a high speed, and make this system maintain at a normal temperature range.Research shows that we apply efficient heat pipe heat conduction technology to remove the heat that produced by spindle motor and main shaft bearings and can control temperature rising efficiently, also we can decrease system failure that caused by heat at the maximum extend and can largely enhance the service life of the shafts and the bearings.Key words: vacuum system highspeed bearing heat pipe第一章 緒 論自1973年首次國(guó)際熱管會(huì)議在Stuttgart召開(kāi)以來(lái)至今已召開(kāi)了十次會(huì)議，而我國(guó)自1983年首屆國(guó)內(nèi)熱管會(huì)議在哈爾濱召開(kāi)以來(lái)已舉行了六次全國(guó)熱管會(huì)議。廣泛和深入的學(xué)術(shù)交流與研討活動(dòng)使熱管技術(shù)無(wú)論在理論、實(shí)踐、研究、制造、應(yīng)用等方面均取得了新的突破和進(jìn)展[1]，熱管這項(xiàng)新技術(shù)不僅顯示了很強(qiáng)的生命力，而且開(kāi)拓了傳熱傳質(zhì)學(xué)研究的新領(lǐng)域。目前熱管的研究重點(diǎn)已由理論研究轉(zhuǎn)移到應(yīng)用技術(shù)研究，熱管的應(yīng)用重點(diǎn)[2] 也由航天工業(yè)轉(zhuǎn)移到了普通工業(yè)，并不斷擴(kuò)展到民用產(chǎn)品。我國(guó)于1970年開(kāi)始對(duì)有吸液芯的熱管進(jìn)行研究，1972年我國(guó)第一支鈉熱管研制成功，至80年代初我國(guó)從事熱管研究的科研單位及大專院校已遍及全國(guó)[3]。我國(guó)的熱管技術(shù)開(kāi)發(fā)研究一開(kāi)始就有明確的目標(biāo)即為工業(yè)化服務(wù),因此重點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)碳鋼水熱管換熱器。經(jīng)過(guò)20多年的努力，我國(guó)的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用已處于國(guó)際先進(jìn)水平[4]。目前，一個(gè)國(guó)家級(jí)熱管技術(shù)研究推廣中心已在南京化工大學(xué)成立,這對(duì)于未來(lái)我國(guó)熱管技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)將發(fā)揮重大作用。國(guó)外分離式熱管的研制開(kāi)始20世紀(jì)80年代。這種熱管可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳熱，避免大直徑煙風(fēng)道遷移；可實(shí)現(xiàn)一種流體與多種流體間的換熱；具有良好的密封性能；方便順逆流混合布置；大幅調(diào)整蒸發(fā)段與冷凝段的面積比還可使冷熱流體完全隔開(kāi)；適用于換熱裝置大型化等優(yōu)點(diǎn)。因此，很快引起了我國(guó)科技工作者的重視，并進(jìn)行了廣泛的基礎(chǔ)理論和工程應(yīng)用研究。分離式熱管中研究和應(yīng)用最廣泛的是重力型分離式熱管（以下簡(jiǎn)稱分離式熱管）。其中：中科院工程熱物理研究所和上海711研究所進(jìn)行了分離式熱虹吸管組換熱特性的研究；上海海運(yùn)學(xué)院進(jìn)行了分離式熱管換熱器的模型實(shí)驗(yàn)研究；東北工學(xué)院進(jìn)行了分離式熱管元件充液量理論分析和實(shí)驗(yàn)研究；重慶大學(xué)進(jìn)行了分離式熱管的流動(dòng)和傳熱研究；南京化工大學(xué)進(jìn)行了分離式熱管的凝結(jié)換熱和傳熱極限[5]的研究；西安交通大學(xué)進(jìn)行了分離式熱管蒸發(fā)段的試驗(yàn)研究的充液量分析；華東船舶工業(yè)學(xué)院進(jìn)行了大型分離式熱管換熱器的模型實(shí)驗(yàn)研究；哈爾濱工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了熱管供熱系統(tǒng)與熱水供暖系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較研究，均取得了一定的成果。這些成果對(duì)分離式熱管及分離式熱管換熱器在工程實(shí)踐中的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。國(guó)外許多科研機(jī)構(gòu)和科技工作者都先后對(duì)熱管冷卻技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，取得了卓有成效的研究成果。早在1978年Brost 等報(bào)道了西德成功研制出用于大功率半導(dǎo)體元件冷卻的熱管散熱器，它的重量?jī)H為傳統(tǒng)散熱器的五分之一[6]； 二十世紀(jì)八十年代Peterson等研制了一種類似柔性熱管的用于電子器件或多芯片模塊的熱管裝置，并在以后的研究報(bào)告中給出了有關(guān)的分析和實(shí)驗(yàn)，并提出了不凝結(jié)氣體的形成、軸向冷凝的阻塞以及由于小蒸發(fā)面積而產(chǎn)生的沸騰極限等一些問(wèn)題[7]，它不僅引起了人們的廣泛注意和興趣，還促進(jìn)了熱管技術(shù)在該領(lǐng)域的深入研究和應(yīng)用。熱管的典型結(jié)構(gòu)如圖11所示，熱管由熱管殼體、工作介質(zhì)、毛細(xì)吸液芯三部分組成。它以一種封閉的管子或簡(jiǎn)體作為殼體，形狀可以是各種各樣的，其內(nèi)表面鑲套著多孔毛細(xì)吸液芯，待殼體抽成真空后充入適量的工作介質(zhì)（液體），密封殼體即成熱管。圖11 熱管的結(jié)構(gòu)及工作原理1—管殼；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液體熱管殼體是一個(gè)能承受壓力的、完全密封的容器，它的幾何形狀沒(méi)有特殊的要求，一般情況下為圓管形。熱管在工作時(shí)殼體往往需承受一定的壓力，但熱管在制作時(shí)預(yù)先要建立很高的真空，一般為102～102Pa。所以熱管殼體任何道焊縫都要經(jīng)得起高真空檢漏及一定壓力的嚴(yán)格考驗(yàn)。熱管殼體一般用鋁、銅、碳鋼、不銹鋼、合金鋼等金屬材料制成。工作介質(zhì)在熱管工作時(shí)起載熱、輸熱的作用，依靠其相變過(guò)程來(lái)完成熱管的工作循環(huán)。殼體內(nèi)的工質(zhì)汽液兩相共存，液態(tài)工質(zhì)在多孔的吸液芯內(nèi)．汽態(tài)工質(zhì)則充滿熱管的內(nèi)部空腔。由于制作熱管時(shí)的真空很高，所以除非是溫度比工作液凝固點(diǎn)還低，熱管內(nèi)汽液兩相共存的工作介質(zhì)通常是飽和的。熱管能在200～2000℃的溫度范圍內(nèi)工作。工作溫度超過(guò)500℃的高溫?zé)峁懿捎勉y、鋰、鈉、汞、鉀、銫等金屬作工質(zhì)；工作溫度為100～500℃的中溫?zé)峁懿捎盟?、?dǎo)熱姆、萘作工質(zhì)；工作溫度低于100℃的低溫?zé)峁懿捎冒?、乙醇、氟里昂作工質(zhì)。在50～250℃的溫度范圍內(nèi)，水是最理想的工質(zhì)，在250～450℃的溫度范圍內(nèi)，萘是理想的工質(zhì)。毛細(xì)吸液芯緊貼于殼體內(nèi)壁。它沿徑向分配液態(tài)工質(zhì)，使其在吸液芯中均勻而穩(wěn)定地保持一層薄薄的液膜，并產(chǎn)生毛細(xì)抽吸力，通過(guò)通道使凝結(jié)液沿軸向回流。毛細(xì)吸液芯是凝結(jié)液回流的動(dòng)力和可靠通道。由金屬網(wǎng)、泡沫材料、毛氈、纖維或燒結(jié)金屬等多孔材料制成，也有只在管殼內(nèi)部開(kāi)溝槽、裝干道管[8]。熱管作為目前人類已知最高效的傳熱元件之一，熱管是通過(guò)將工質(zhì)密封在高真空腔體中，依靠工質(zhì)的相變進(jìn)行傳熱，其工作是連續(xù)的，能將大量熱量通過(guò)很小的截面積遠(yuǎn)距離傳輸而且無(wú)需外加動(dòng)力，由于沒(méi)有失效的運(yùn)行部件，所以熱管運(yùn)行非常可靠。熱管的工作原理如圖11所示。液體工質(zhì)在蒸發(fā)段，受到熱量的加熱而被蒸發(fā)。在真空的腔體中，蒸發(fā)的蒸汽經(jīng)過(guò)絕熱段迅速流向冷凝段，蒸發(fā)段的熱量，也隨之被帶到了冷凝段。在冷凝段，蒸汽碰到管外冷卻流體，進(jìn)行冷熱交換，釋放出蒸發(fā)段的熱量蒸汽由于失去了熱能，便著附在冷凝段吸液芯中