【文章內(nèi)容簡介】 m)； L —— 熱管長度 (m)； β —— 熱管傾角 (176。 )； 毛細(xì)極限是一般輸液芯熱管最容易出現(xiàn)的限制，特別是熱管水平放置或熱源在冷源上方的情況。有時熱流量僅幾瓦到幾十瓦便達(dá)到毛細(xì)極限，使輸液芯燒干。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 （ 5）沸騰極限：熱管工作中，當(dāng)蒸發(fā)段徑向熱流密度很大時，將會使輸液芯內(nèi)工作液沸騰產(chǎn)生氣泡阻塞毛細(xì)孔，減弱與破壞毛細(xì)抽吸作用，致使凝結(jié)液回流不能滿足蒸發(fā)的要求量而干涸。蒸發(fā)段受熱面得不到充分冷卻，出現(xiàn)管壁溫度升高乃至燒毀的現(xiàn)象。因此，當(dāng)輸液芯內(nèi)沸騰產(chǎn)生氣泡可以順利排出、熱管能正常工作的最大徑向熱流量就是沸騰極限。 由傳熱學(xué)中的沸騰換熱理論可知，液體的汽化有蒸發(fā)與沸騰兩種形式，蒸發(fā)在液體的表面上進(jìn)行，沸騰在液體的內(nèi)部進(jìn)行。 )2)()()/ln(2(m a x cneWvivvev pRLAKDDTLQ ??????? ?????式中 λe —— 浸滿工作液的輸液芯有效導(dǎo)熱系數(shù)（ kW/(m2℃) ） ； Lv —— 熱管蒸發(fā)段長度 (m)； Tv —— 蒸發(fā)溫度 (K)； Di—— 熱管管殼內(nèi)徑 (m)； Dv —— 蒸汽腔直徑 (m)； — 氣泡核心半徑 (m)。 tTRvsn ????????2第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 上述的熱管五個內(nèi)部工作極限反映了熱管的工作性能。隨著熱管工作溫度升高，將依次遇到粘度極限、聲速極限、攜帶極限與毛細(xì)極限和沸騰極限。當(dāng)工作溫度較低時，易出現(xiàn)前三種極限；在高溫時，要注意防止出現(xiàn)后兩種極限。表 41列出兩種輸液芯熱管各極限值的數(shù)值。 工作液 熱管尺寸（ 輸液芯型式 工作溫度（ ℃ ） 聲速極限（ 攜帶極限（ 毛細(xì)極限（ 沸騰極限（ 氨 L=500(7 矩形槽深寬槽數(shù) 27 12800 1013 153 65 水 L=500 1.6 絲網(wǎng) 8 100 91900 16400 845 1394 表 41 熱管的工作極限 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 2. 流動阻力 流動阻力對熱管的性能有很大影響。凝結(jié)液能否及時回流、蒸汽流動能否通暢、工作溫度能否穩(wěn)定等，都和工作液與蒸汽流動阻力有關(guān)。輸液芯熱管中，要凝結(jié)液和蒸汽維持正常的工作循環(huán)，必須滿足 gvLpppp ??????? m a x式 (436)中，當(dāng)熱管水平放置時， ΔPg=0；當(dāng)為無輸液芯的重力式熱管時， ΔPc=0；如蒸發(fā)段在下，則 vlgPPHgP ????????? ?式中 H—— 熱管的垂直高度（ m）； Δρ—— 工作液液相與汽相的密度差(kg/m3)。 （ 1）毛細(xì)吸力： （ 2）工作液流動阻力： （ 3）蒸汽流阻力： 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 3. 熱管傳熱與熱阻 熱管的加熱段與熱源接觸吸收熱量，并將其傳給與冷源接觸的放熱段，向冷源放熱。這是一個由多種傳熱方式組合的復(fù)雜的傳熱過程。按熱流經(jīng)過的路徑，可解析為經(jīng)過 11個熱阻的串聯(lián)和并聯(lián)傳熱環(huán)節(jié)，如圖 411所示。 圖 411 熱管傳熱網(wǎng)絡(luò)圖 下面將相同的傳熱過程合并在一起進(jìn)行分析。 （ 1）熱源向加熱段外壁、放熱段向冷源的傳熱過程： hhAR ?11 ?cc AR ? 19 ?式中 αh， αc —— 分別為加熱段與放熱段的總換熱系數(shù) （ kW/(m2℃) ） ； Ah， Ac —— 分別為加熱段與放熱段的換熱表面積 (m2)。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 （ 2）蒸發(fā)段或冷凝段管壁的徑向傳熱過程：這兩個環(huán)節(jié)都是純導(dǎo)熱，其熱阻分別為 R2和 R8，即： hpiLDDR??2)/ln( 02 ?cpiLDDR??2)/ln( 08 ?式中 λp —— 蒸發(fā)段與冷凝段管壁材料的導(dǎo)熱系數(shù) （ kJ/(m2℃) ） ； Lh， Lc —— 分別為蒸發(fā)段與冷凝段管兩段的長度 (m)； Do， Di —— 管壁的外內(nèi)徑 (m)。 R2與 R8的值約為 ℃ /W。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 （ 3）蒸發(fā)段或冷凝段輸液芯與工作液組合層的徑向傳熱過程：這兩個環(huán)節(jié)的傳熱與輸液芯材料、結(jié)構(gòu)、工質(zhì)種類即熱流密度大小有關(guān)。研究指出，對在低熱流密度下與液態(tài)金屬為工質(zhì)的熱管，及以水和有機(jī)液為工質(zhì)的熱管，蒸發(fā)段以導(dǎo)熱方式傳熱；對所有工質(zhì)，無論熱流密度大小，冷凝段皆以導(dǎo)熱方式傳熱。輸液芯與工作液各自的熱阻是其串并聯(lián)的復(fù)雜組合。以其當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù) λeh， λec表示，其熱阻分別以 R3， R7表示，即： hehiLDDR??2)/ln( 03 ?ceciLDDR??2)/ln( 07 ?R3與 R7的值約為 10℃ /W。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 （ 4）蒸發(fā)段或冷凝段汽液交界面處的傳熱過程：蒸發(fā)段或冷凝段汽液交界面處的傳熱過程是工作液汽化或蒸汽液化的相變傳熱。其分界面處的熱阻是指蒸汽沖出或蒸汽進(jìn)入汽液分界面消耗能量所折算的熱阻，分別用 R4與 R6表示： hvvhvhvvhvLDPTRTRR???2242?cvvcvcvcvPTRR???2262?式中 Rv —— 蒸汽的氣體常數(shù)； γ —— 蒸發(fā)潛熱（ kJ/kg）； Dv —— 蒸汽通道的直徑 (m)； Lh —— 蒸發(fā)段的長度 (m)； Lc —— 冷凝段的長度 (m)； Pvh， Pvc —— 分別為蒸發(fā)段與冷凝段蒸汽的壓力 (Pa)； Tvh， Tvc —— 分別為蒸發(fā)段與冷凝段蒸汽的絕對溫度 (K)。 這兩個熱阻很小，約 105℃ /W。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 （ 5）蒸汽軸向流動的傳熱過程：蒸汽軸向流動的傳熱過程為熱對流傳輸蒸汽的蒸發(fā)潛熱。由于蒸汽流動阻力，在蒸發(fā)段與冷凝段之間出現(xiàn)蒸汽壓差 Δ Pv = Pvh－ Pvc，相對應(yīng)出現(xiàn)其飽和溫度差△ t = tsh－ tsc。流動阻力引起溫度下降（ Δ t）的相應(yīng)熱阻為 ?vvvvQPpTRR ?? 25式中 Q —— 蒸汽傳輸?shù)臒崃?(kJ)。 R5很小，約為 108℃ /W。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 （ 6）輸液芯與工作液組合、管殼的軸向傳熱過程：由于加熱段或蒸發(fā)段與放熱段或冷凝段的殼壁、輸液芯與工作液組合之間存在溫差，必然有部分熱量沿軸向傳導(dǎo)過去。這部分熱量與殼內(nèi)工作液相變、流動傳遞的熱量并聯(lián)傳遞，屬于一維導(dǎo)熱，其熱阻 R R11分別為： )(42210vipeDDLR???? )(422011iezeDDLR????式中 λez—— 輸液芯與工作液組合的軸向當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)。 R R11都很大，可認(rèn)為都趨近無窮。所這兩種軸向?qū)崃靠珊雎圆挥?jì)。 從以上給出的各部分熱阻數(shù)量級看，汽－液交界面上和蒸汽軸向流動的熱阻最小，一般可忽略不計(jì)。另外，由于管殼壁的軸向?qū)?，熱管的有效蒸發(fā)段一般比加熱段長，而有效冷凝段可能比放熱段長或者短。 第二節(jié) 熱管 三、熱管的工作特性 4. 熱管的相容性及壽命 影響熱管壽命的因素很多，歸結(jié)起來，造成熱管不相容的主要形式有以下三個方面，即 ： 產(chǎn)生不凝性氣體；工作液體熱物性惡化；管殼材料的腐蝕、溶解。 （ 1） 產(chǎn)生不凝性氣體 ： 由于工作液體與管殼材料發(fā)生化學(xué)發(fā)應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體 。 在熱管工作時，該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來形成氣塞，從而使得有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化。 （ 2） 工作液體物性惡化 ： 有機(jī)工作介質(zhì)在一定溫度下，會逐漸發(fā)生分解，這主要是由于工作液體的性質(zhì)不穩(wěn)定，或與殼體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使工作介質(zhì)改變其物理性能。 （ 3） 管殼材料的腐蝕、溶解 ： 工作液體在管殼內(nèi)連續(xù)流動，同時存在著溫差、雜質(zhì)等因素，使管殼材料發(fā)生溶解和腐蝕，流動阻力增大，使熱管傳熱性能降低。當(dāng)管殼被腐蝕后，引起強(qiáng)度下降，甚至引起管殼的腐蝕穿孔，使熱管完全失效。 第二節(jié) 熱管 根據(jù)應(yīng)用對象、使用目的、冷熱源性質(zhì)與溫度水平，選擇合適的熱管，需要考慮以下幾方面問題： 1．工作溫度 熱管工質(zhì)及各部材料選擇的主要依據(jù)之一，是熱管的工作溫度范圍。熱管工作溫度范圍必須在所選工質(zhì)的凝固點(diǎn)與臨界點(diǎn)之間。對于以傳熱為目的的熱管，其工作溫度變化，應(yīng)處在工質(zhì)飽和壓力線上較平坦的區(qū)域。這樣，當(dāng)工作溫度由于熱冷源溫度變化而波動時，不致引起工作壓力的急劇波動。 四、熱管的選擇設(shè)計(jì) 熱管的工作溫度 tv與冷熱源溫度 t1， t2傳熱量 Q以及蒸發(fā)段、冷凝段的熱阻 Rh， Rc有如下關(guān)系： ? ? ? ?chv RRQttT ???? 2121 21從上式看到，熱管工作溫度可在設(shè)計(jì)時，從結(jié)構(gòu)上加以調(diào)節(jié)。從熱阻角度看，熱管加熱段和