【正文】 改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，這樣即可以改 變熱流密度。 (5)熱二極管與熱開關(guān)性能 熱二極管就是只允許熱流向一個(gè)方向流動(dòng)，而不允許向相 反的方向流動(dòng)；熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開始工 作，當(dāng) 熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱。但可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的 增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣熱管在加熱量大幅度變化的 情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。 熱管內(nèi)質(zhì)量流、壓力和溫度分布 五 .熱管的工作特性 熱管液汽分界面的形狀 （ a）管起動(dòng)前的液 —汽交界面 （ b）熱管工作時(shí)的液 —汽交界面 （ c）吸液芯內(nèi)液 —汽界面參數(shù) 對于普通熱管，其液體和蒸汽循環(huán)的主要?jiǎng)恿κ敲?xì)材料和液體結(jié)合所產(chǎn)生的毛細(xì)力。 在蒸發(fā)段內(nèi)，由于液體不斷蒸發(fā)，使汽液分界面縮回到管芯里，即向毛細(xì)孔一側(cè)下陷，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)的表面上形成彎月形凹面。曲率半徑之差提供了使工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力 (循環(huán)壓頭 )，用以克服循環(huán)流動(dòng)中作用于工質(zhì)的重力、摩擦力以及動(dòng)量變化所引起的循環(huán)阻力。相容性在熱管的應(yīng)用中具有重要的意義。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方面： (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)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體，在熱管工作時(shí)，該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化。 (3)管殼材料的腐蝕、溶解 工作液體在管殼內(nèi)連續(xù)流動(dòng)，同時(shí)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(dòng)阻力增大，使熱管傳熱性能降低。 七 .熱管關(guān)鍵技術(shù) （ 1）溫度展平（均溫技術(shù)） （ 2）匯源分隔 （ 3）變換熱流密度 （ 4）熱控制 (可變導(dǎo)熱管 ) （ 5）單向?qū)?(熱二極管 ) （ 6）旋轉(zhuǎn)元件的傳熱 (旋轉(zhuǎn)熱管 ) （ 7）微型熱管技術(shù) （ 8）高溫?zé)峁芗夹g(shù) 總結(jié)：熱管技術(shù)的重要特點(diǎn) 與常規(guī)換熱技術(shù)相比，熱管技術(shù)之所以能不斷受到工程界歡迎，是因其具有如下的重要特點(diǎn)。常規(guī)換熱設(shè)備一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。 (2)熱管管壁的溫度可調(diào)性 熱管管壁的溫度可以調(diào)節(jié)，在低溫余熱回收或熱交換中是相當(dāng)重要的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^適當(dāng)?shù)臒崃髯儞Q把熱管管壁溫度調(diào)整在低溫流體的露點(diǎn)以上，從而可防止露點(diǎn)腐蝕，保證設(shè)備的長期運(yùn)行。 (3)冷、熱段結(jié)構(gòu)和位置布置靈活 由熱管組成的換熱設(shè)備的受熱部分和放熱部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和位置布置非常靈活，可適應(yīng)于各種復(fù)雜的場合。 (4)熱管換熱設(shè)備效率高，節(jié)能效果顯著。 按照 工作液體回流動(dòng)力區(qū)分 有芯熱管、兩相閉式熱虹吸管 (又稱重力熱管 )、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管、電流體動(dòng)力熱管、磁流體動(dòng)力熱管、滲透熱管等等。 按照 管殼與工作液體的組合區(qū)分 有銅 水熱管、碳鋼 水熱管、鋁 丙酮熱管、碳鋼 萘熱管、不銹鋼 鈉熱管等。 按照 熱管的功用劃分 有傳輸熱量的熱管、熱二極管、熱開關(guān)、熱控制用熱管、仿真熱管、制冷熱管等。 其結(jié)構(gòu)和原理如右圖所示。其結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、成本低廉、而且傳熱性能優(yōu)良、工作可靠，因此他在地面上的各類傳熱設(shè)備中都可以作為高效傳熱元件，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。干涸極限一般發(fā)生在充液量過小時(shí)。 例如： 在熱虹吸管的蒸發(fā)段內(nèi)同心放置開孔抑泡管抑制該段氣泡的脫離；在冷凝段內(nèi)設(shè)置溢流同心導(dǎo)管降低該段的凝結(jié)熱阻；將熱虹吸管的內(nèi)壁加工成為軸向槽道表面提高熱虹吸管的換熱系數(shù)；在熱虹吸管內(nèi)插入同心的內(nèi)熱虹吸管；在熱虹吸管內(nèi)插入一根同軸多孔管 ——流動(dòng)分離器，強(qiáng)化內(nèi)部傳熱。旋轉(zhuǎn)熱管的顯著特征是熱管自身是旋轉(zhuǎn)件，因而可以用于所有需要冷卻散熱的旋轉(zhuǎn)零部件，如電機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸等的冷卻，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。內(nèi)腔的形狀可以是空心圓柱形、空心內(nèi)錐形成圓柱臺階形。在高轉(zhuǎn)速下，工作液覆蓋在空腔的內(nèi)壁面上，并形成一層環(huán)狀液膜。蒸汽在冷卻端放出潛熱而凝結(jié)成液體。這樣連續(xù)地循環(huán)就完成了把熱量從加熱段輸送到冷卻段的過程。旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部空腔較大，蒸汽流速不高，不易產(chǎn)生聲速極限，因此，其傳熱極限主要為：冷凝極限、攜帶極限和沸騰極限。工作時(shí)，在熱管內(nèi)的工質(zhì)匯集在蒸發(fā)段，蒸發(fā)段受熱后，工質(zhì)蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過蒸汽上升管到達(dá)冷凝段釋放出潛熱而凝結(jié)成液體，在重力作用下，經(jīng)液體下降管回到蒸發(fā)段，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。 分離式熱管既有經(jīng)典熱管的共性 —— 兩相流動(dòng)、相變傳熱、自然循環(huán)等，同時(shí)也具有鮮明的個(gè)性 —— 管內(nèi)汽液兩相同向流動(dòng)。適當(dāng)加大其沖液量，加大蒸汽上升管的管徑或增加蒸汽上升管的個(gè)數(shù)等方法可以適當(dāng)消除這些極限的影響。 四 .可變導(dǎo)熱管 可變導(dǎo)熱管熱阻的簡化模型 普通熱管的工作溫度是由熱源和熱匯的條件確定的，因此，改變熱負(fù)荷或蒸發(fā)段的溫度就將引起熱管工作溫度的改變。然而在某些應(yīng)用場合，需要冷凝段 (或蒸發(fā)段 )的溫度隨著熱負(fù)荷的變化而保持不變，因而利用熱管的熱可控性產(chǎn)生了可變導(dǎo)熱管(Variable conductance heat pipe， VCHP)。在這個(gè)模型中， Re表示熱源與熱管內(nèi)蒸汽之間所有熱阻之和， Rc 表示熱管因蒸汽流動(dòng)等因素引起的熱阻， Rv表示熱管內(nèi)蒸汽與熱匯之間所有熱阻之和。 可變導(dǎo)熱管可以分成兩大類： 第一類為隨著熱源溫度或熱流率的變化，保持熱管的工作溫度不變；另一類為保持熱源溫度不變。微型熱管作為一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，可用于計(jì)算機(jī)芯片以獲得高的熱量導(dǎo)出率及溫度均勻化。此極限限制了微型熱管在低溫狀態(tài)下的工作。除了蒸汽連續(xù)自流動(dòng)極限外，微型熱管還將遇到常規(guī)熱管的操作極限。 定義 ：微型熱管被為液汽交界面的平均曲率在數(shù)量上和液體總流通截面水力半徑的倒數(shù)相當(dāng)?shù)囊环N熱管。其典型橫截面形狀 如上圖所示 。在小型熱管內(nèi)部往往加吸液芯結(jié)構(gòu)，較為常見的是金屬燒結(jié)吸液芯結(jié)構(gòu)、絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)、干道結(jié)構(gòu)、內(nèi)槽道結(jié)構(gòu)等。 其概念首先是由美國 NASA Lewis研究中心的 Stenger于 1966年提出的，可有效地用于小溫差、長距離、無附加動(dòng)力的熱量回收，也可用于航天器的熱管理系統(tǒng)，并可能使大型航天器的熱管理系統(tǒng)出現(xiàn)巨大的變革。 各種類型的換熱器對比總結(jié) 參數(shù) 熱管類型 是否有吸液芯 液體回流動(dòng)力 傳熱極限 常用場合 兩相閉式熱管 無 重力 干涸極限、沸騰極限、攜帶極限 常用于熱源在冷源下方的情況 旋轉(zhuǎn)熱管 無 離心力 冷凝極限、攜帶極限、沸騰極限 所有需要冷卻散熱的旋轉(zhuǎn)零部件 分離式熱管 無 重力 燒干極限、聲速極限、冷凝極限 需要嚴(yán)格避免冷熱流體相互滲漏的場合 可變導(dǎo)熱管 有些有 毛細(xì)力或其他 燒干極限、攜帶極限、冷凝極限 需要冷凝段 (或蒸發(fā)段 )的溫度不隨熱負(fù)荷變化而變的場合 微型熱管及小型熱管 有 毛細(xì)力 毛細(xì)極限、沸騰極限 電子產(chǎn)品等 毛細(xì)泵回路 有 毛細(xì)力 毛細(xì)極限等 航空領(lǐng)域，電子元器件等 第四章 熱管換熱器 熱管換熱器屬于熱流體與冷流體互不接觸的表面式換熱器。 熱管換熱器的最大特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器；換熱流體通過換熱器時(shí)的壓力損失比其他換熱器小，因而動(dòng)力消耗也小。此外，熱管換熱器可以方便地調(diào)整冷熱側(cè)換熱面積比，從而可有效地避免有腐蝕性氣體的露點(diǎn)腐蝕。 圖 a熱管換熱器示意圖 b氣 氣熱管換熱器實(shí)物照片 熱管換熱器的分類 按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為氣 液式、液 液式、液 氣式。 1 整體式熱管換熱器 該換熱器是由許多單根熱管組成的。圖 (b)是一種典型的整體是熱管換熱器 —— 氣 氣整體式熱管換熱器之實(shí)物照片。為了提高氣體的換熱系數(shù)，往往采取在管外加翅片的方法，這樣所需的熱管數(shù)目大大減少。而組合式熱管換熱器則是根據(jù)換熱器所處的溫度不同，而選擇充有不同工作液體的熱管。 3. 回轉(zhuǎn)式熱管換熱器 該類換熱器有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：一是借