【正文】 本科畢業(yè)論文（設計）論文（設計）題目：xxxxrpm分離式熱管冷卻系統(tǒng)的設計目 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熱計算 5 熱管工質的選擇 5 工質物性數據的選擇和計算 6 估算熱管的工作溫度 8 推動力的計算 8 軸承產熱的計算 8 熱管工作平均溫度的計算 10 管殼材料的選擇及強度計算 10 熱阻和傳熱面積的計算 13 熱阻的計算 13 傳熱面積的計算 15 傳熱管數目的計算 17 單根熱管的傳熱能力 17第三章 熱管的設計 18 聲速極限條件下的蒸汽腔直徑 18 吸液芯的選擇及設計 19 吸液芯的選擇 19 實際蒸汽腔直徑 22 驗算毛細極限和計算傳遞的最大功率 22 核算雷諾數 23 熱管傳熱極限的計算 23 攜帶傳熱極限的計算 25 聲速傳熱極限的校核 25 沸騰傳熱極限的計算 26 干涸傳熱極限的校核 26 熱管充裝量的計算 27 冷凝翅片的選擇和計算 28第四章 真空室結構設計 29 真空室壁厚的計算 29 封頭設計 32 假設名義厚度 32 值的計算 32 計算許用壓力 32 33 密封結構 33 真空口法蘭的選取 33 人、手孔的設計 34 開孔補強 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 支座設計 39總結 43參考文獻 44致謝 45xxxxrpm分離式熱管冷卻系統(tǒng)的設計摘　要真空室中高速旋轉的主軸軸承會產生大量的熱量，若不將熱量及時導走，將直接影響到系統(tǒng)的正常工作。本設計通過向高速旋轉主軸真空系統(tǒng)引入熱管，利用熱管的高效導熱性，將軸承產生的大量熱量及時導走，使系統(tǒng)維持在正常的溫度范圍。研究表明：利用高效的熱管導熱技術，能迅速帶走主軸電機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生的熱量引起的系統(tǒng)故障，同時也將大大提高軸和軸承的使用壽命。關鍵詞：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年首次國際熱管會議在Stuttgart召開以來至今已召開了十次會議，而我國自1983年首屆國內熱管會議在哈爾濱召開以來已舉行了六次全國熱管會議。廣泛和深入的學術交流與研討活動使熱管技術無論在理論、實踐、研究、制造、應用等方面均取得了新的突破和進展[1]，熱管這項新技術不僅顯示了很強的生命力，而且開拓了傳熱傳質學研究的新領域。目前熱管的研究重點已由理論研究轉移到應用技術研究，熱管的應用重點[2] 也由航天工業(yè)轉移到了普通工業(yè)，并不斷擴展到民用產品。我國于1970年開始對有吸液芯的熱管進行研究，1972年我國第一支鈉熱管研制成功，至80年代初我國從事熱管研究的科研單位及大專院校已遍及全國[3]。我國的熱管技術開發(fā)研究一開始就有明確的目標即為工業(yè)化服務,因此重點在于開發(fā)碳鋼水熱管換熱器。經過20多年的努力，我國的熱管技術工業(yè)化應用已處于國際先進水平[4]。目前，一個國家級熱管技術研究推廣中心已在南京化工大學成立,這對于未來我國熱管技術的研究開發(fā)將發(fā)揮重大作用。國外分離式熱管的研制開始20世紀80年代。這種熱管可實現遠距離傳熱，避免大直徑煙風道遷移；可實現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；大幅調整蒸發(fā)段與冷凝段的面積比還可使冷熱流體完全隔開；適用于換熱裝置大型化等優(yōu)點。因此，很快引起了我國科技工作者的重視，并進行了廣泛的基礎理論和工程應用研究。分離式熱管中研究和應用最廣泛的是重力型分離式熱管（以下簡稱分離式熱管）。其中：中科院工程熱物理研究所和上海711研究所進行了分離式熱虹吸管組換熱特性的研究；上海海運學院進行了分離式熱管換熱器的模型實驗研究；東北工學院進行了分離式熱管元件充液量理論分析和實驗研究；重慶大學進行了分離式熱管的流動和傳熱研究；南京化工大學進行了分離式熱管的凝結換熱和傳熱極限[5]的研究；西安交通大學進行了分離式熱管蒸發(fā)段的試驗研究的充液量分析；華東船舶工業(yè)學院進行了大型分離式熱管換熱器的模型實驗研究；哈爾濱工業(yè)大學進行了熱管供熱系統(tǒng)與熱水供暖系統(tǒng)的技術經濟性比較研究，均取得了一定的成果。這些成果對分離式熱管及分離式熱管換熱器在工程實踐中的應用提供了良好的基礎。國外許多科研機構和科技工作者都先后對熱管冷卻技術進行了大量的研究，取得了卓有成效的研究成果。早在1978年Brost 等報道了西德成功研制出用于大功率半導體元件冷卻的熱管散熱器，它的重量僅為傳統(tǒng)散熱器的五分之一[6]； 二十世紀八十年代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，并在以后的研究報告中給出了有關的分析和實驗，并提出了不凝結氣體的形成、軸向冷凝的阻塞以及由于小蒸發(fā)面積而產生的沸騰極限等一些問題[7]，它不僅引起了人們的廣泛注意和興趣，還促進了熱管技術在該領域的深入研究和應用。熱管的典型結構如圖11所示，熱管由熱管殼體、工作介質、毛細吸液芯三部分組成。它以一種封閉的管子或簡體作為殼體，形狀可以是各種各樣的，其內表面鑲套著多孔毛細吸液芯，待殼體抽成真空后充入適量的工作介質（液體），密封殼體即成熱管。圖11 熱管的結構及工作原理1—管殼；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液體熱管殼體是一個能承受壓力的、完全密封的容器，它的幾何形狀沒有特殊的要求，一般情況下為圓管形。熱管在工作時殼體往往需承受一定的壓力，但熱管在制作時預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得起高真空檢漏及一定壓力的嚴格考驗。熱管殼體一般用鋁、銅、碳鋼、不銹鋼、合金鋼等金屬材料制成。工作介質在熱管工作時起載熱、輸熱的作用，依靠其相變過程來完成熱管的工作循環(huán)。殼體內的工質汽液兩相共存，液態(tài)工質在多孔的吸液芯內．汽態(tài)工質則充滿熱管的內部空腔。由于制作熱管時的真空很高，所以除非是溫度比工作液凝固點還低，熱管內汽液兩相共存的工作介質通常是飽和的。熱管能在200～2000℃的溫度范圍內工作。工作溫度超過500℃的高溫熱管采用銀、鋰、鈉、汞、鉀、銫等金屬作工質；工作溫度為100～500℃的中溫熱管采用水、導熱姆、萘作工質；工作溫度低于100℃的低溫熱管采用氨、乙醇、氟里昂作工質。在50～250℃的溫度范圍內，水是最理想的工質，在250～450℃的溫度范圍內，萘是理想的工質。毛細吸液芯緊貼于殼體內壁。它沿徑向分配液態(tài)工質，使其在吸液芯中均勻而穩(wěn)定地保持一層薄薄的液膜，并產生毛細抽吸力，通過通道使凝結液沿軸向回流。毛細吸液芯是凝結液回流的動力和可靠通道。由金屬網、泡沫材料、毛氈、纖維或燒結金屬等多孔材料制成，也有只在管殼內部開溝槽、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，熱管是通過將工質密封在高真空腔體中，依靠工質的相變進行傳熱，其工作是連續(xù)的，能將大量熱量通過很小的截面積遠距離傳輸而且無需外加動力，由于沒有失效的運行部件，所以熱管運行非常可靠。熱管的工作原理如圖11所示。液體工質在蒸發(fā)段，受到熱量的加熱而被蒸發(fā)。在真空的腔體中，蒸發(fā)的蒸汽經過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