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目录 摘要 Ⅰ Abstract Ⅱ 第1章 热管概述

1 1.

1 热管的组成及工作原理

1 1.2 热管的基本特性

1 1.4 热管的发展与应用现状

4 1.5 本论文主要研究内容

5 第2章 应用于冻土工程的两相闭式热虹吸管的性能研究

6 2.1 冻土保持工程及热管的选择

6 2.2 重力热管简介及工作原理简析

7 2.3 重力热管传热模型比较

8 2.3.1数学模型的建立与比较

8 2.3.2 ARIMA模型的建立及结果分析

10 2.3.3两种模型的比较与总结

12 2.4 重力热管传热性能影响因素及研究方法的比较

12 2.4.1充液量对重力热管传热性能的影响

12 2.4.2管径对重力热管性能的影响

14 2.4.3热管各部分长度对热管传热性能的影响

19 第3章 电子散热领域中微型热管技术的性能研究

25 3.1 热管用于电子散热领域的发展现状

25 3.2 MHP在电子设备冷却中的应用现状

26 3.3 MHP传热过程的研究

27 3.4 MHP结构优化设计研究

29 3.4.1设计更合理的尺寸和更多的尖角以提供更大的毛细动力

29 3.4.2 设计气液分离的MHP

29 3.4.3 电液动力( electro hydrodynamic, EHD) MHP

30 3.4.4 圆盘槽道的 MHP

30 3.4.5 新型陶瓷材料的MHP

30 3.5 MHP制造工艺研究

31 3.5.1 MHP管壳加工

31 3.5.2 清洗

31 3.5.3 工质充注典型的充注方法有五种[]

31 3.5.4 密封

32 第4章 太空舱中所用的环路热管的发展与研究

33 4.1 环路热管简介和在太空舱中的应用

33 4.2 环路热管的性能研究

35 4.3 环路热管研究热点

37 第5章 总结与展望

39 参考文献・41 致谢・45 附录 英文原文及翻译・46 摘要 热管是具有极高导热效率的两相热传输设备,凭借封闭管内的工作介质反复发生相变(蒸发、冷凝)而进行潜热传递的一种高效传热元.使用热管的优势是其所需的面积和温差很小.由于热管自身具有很多的优点,并且是其他的元件都难以替代的,所以在现代工业各个领域的发展中都可以看到热管的广泛应用.对于热管性能更进一步的研究成为一种必要. 由于各个领域的热管都有着不同的性质和特点,不少专家和学者也都针对不同的性质特点采用不同的方法来进行研究,并得到了反应出热管不同工况下性能的区别.为了进一步发展和利用热管,对于这些学者的结论和研究方法的总结是必要的. 热管的主要的性能就是传热,所以研究其传热的过程,特点以及影响因素是研究热管的主要内容.通过不同的建立模型的方式,控制变量的方法,以及数学,物理相关知识的运用,都会对研究结果产生不同层次的影响,这也是本文所总结的内容. 本文主要选取了运用于冻土工程的重力热管,电子散热领域的微型热管,和太空舱中的环路热管,进行了不同层次的研究和研究方法的比较与总结,就其反映的不同性质也做出了比较并得出结论. 关键词:热管,应用,传热性能,研究方法,总结,比较 Abstract The heat pipe is a two-phase heat transfer devices with very high thermal efficiency, the repeated occurrence of phase transitions (evaporation, condensation) and latent heat transfer of a highly efficient heat transfer element by virtue of the working medium within the sealed tube. The advantage of using heat pipe is a very small using area and small temperature differences. The heat pipe itself has many advantages, and is difficult to replace for other components. The extensive application of heat pipe can be seen in the various fields of modern industrial development. It has becoming a necessity for the performance of the heat pipe to do further research. The heat pipes, due to various fields, have different properties and characteristics of many experts and scholars for the different characteristics of the nature of a different approach to the study, so as the difference of the reaction under different conditions of heat pipe performance. In order to make further development and better use of the heat pipe, a summary of the conclusions of these scholars and research methods is necessary. To learn about the performance of heat pipe heat transfer, is to study the heat transfer process, the characteristics and influencing factors of the heat pipe. Different models, the variable control, as well as the use of the knowledge of mathematics, physics, different levels of impact of research results, is summarized in the contents in this paper. In this paper, selected gravity heat pipe which used in permafrost engineering, micro heat pipe which used in the field of electronic cooling, and space cabin loop heat pipe for further study. Different levels of research and research methods are summarized, and the reflects of different nature has also been concluded. Keyword:Heat pipes,applications, heat transfer performance, research methods, summary, comparison 第1章 热管概述 1.1 热管的组成及工作原理 热管是凭借封闭管内的工作介质反复发生相变(蒸发、冷凝)而进行潜热传递的一种高效传热元件.典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将热管抽成负压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封.其工作原理是: 当冷凝段的温度低于蒸发段的温度时, 冷凝段的冷凝液由于压力较低(1.3*10-3~1.3*10-4 Pa的负压), 吸热后很容易汽化成蒸汽.在微小压差的作用下流向热管的冷凝段.在冷凝段释放出热量后又冷凝为液体, 顺着吸液芯重新回到蒸发段.如此反复的循环, 达到传热的目的.它可在无需外部驱动力的情况下,实现大量热量通过其很小截面积而远距离传输.由于是相变传热, 而且热管内部热阻很小, 所以能以较小的温差获得较大的传热率. 图1-1热管工作原理图 1.2 热管的基本特性 热管传热元件是依靠自身内部工作介质的相变来实现传热.由于相变过程中工质的温度保持恒定,且相变潜热大大高于显热,故热管有以下基本特性[]. 1有效导热系数高 两相闭式热管之所以有这样商的导热性能,在于热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热,相交(蒸发和凝结)只需要极小的温差,并且在管内传输的是潜热,一般潜热传递的热量要比显热传递的热量要大几个数量级,故热管本身传热熟阻很小,因此具有很高的导热能力.当然,高导热性也是在有温差存在的情况下而言的,不可能违反热力学第二定律,并且热管也存在着一些传热极限. 2等温性好 两相闭式热管内腔的蒸汽由于处于汽一液两相共存的饱和蒸汽状态,饱和蒸汽的压力决定饱和温度,饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降是很小的,蒸汽沿流动方向产生的温降也是很小的,因而热管沿轴向具有优良的等温性. 3传输热流可变 热管可以通过其蒸发段或冷凝段工作长度的自动调整改变换热面积,从而使其传递的热流可在很大范围内变化,解决一些其他方法难以解决的传热难题. 4热流方向的可逆性 一根带有毛细芯的常规热管,由于其内部循环动力主要为毛细力,因此它可以克服重力的作用,而使冷凝液体从低处返回到高处,即任意一端受热都可作为蒸发段,而向外散热的另一端就成为冷凝段. 5热二极管与热开关性能 热管可以做成热二极管或热开关,所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动,而不允许向相反的方向流动:热开关则是当热源温度高于某一温度是,热管开始工作,当低于这一温度时,热管就停止工作,不再传热.对于两相热虹吸管来说,由于其冷凝液体工质的循环动力为重力,故只能在下端加热.故热流方向只能由下向上流动,而不能由上向下流动.其功能相当于热二极管.对于大多数水一碳钢重力热管来说,实际上就是热二极管.对于寒区冻土两相闭式热虹吸管来说,由于其实际上就是重力热管,故其相当于热二极管,又因为当冻土温度(假定冻土温度整年不变)高于外界气温时,熟管开始工作,当外界大气温度高于冻土温度时,热管停止工作,以此来保持土体温度.其功能相当于一个热开关. 6恒温特性 普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变,因此当加热量变化时,热管各部分的温度亦随之变化.但人们发展了另一种热管,即可变导热管,使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加,这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下,蒸汽温度变化极小,实现温度的控制,这就是热管的恒温特性. 7环境的适应性 热管的形状可随热源和冷源的条件而变化,热管可做成电机的转轴、汽轮机的叶片、钻头、手术刀等等,热管也可做成分离式的以适应长距离或冷热流体不能混合的情况下的换热;