长沙理工大学：热管概述（PPT讲稿）

热管概述 空间热科学研究中心 曹洪振

热管概述 空间热科学研究中心 曹洪振

主要内容 ■热管的发展及现状 ■热管特性 ■热管理论 ■热管传热极限

主要内容 ◼热管的发展及现状 ◼热管特性 ◼热管理论 ◼热管传热极限

发展及现状 1944年:通用发动机公司的R.S. Gaugler首先提出 了热管的工作原理,但是他的想法当时并没 有被广泛的采纳利用。 963年:美国的 Los Alamos国家实验室的GM. Grover 重新独立发明了这种传热元件,并进行了性 能测试实验,将这种传热元件正式命名为热 管- heat pipe 1965年: Cotter首次提出了较完整的热管理论。 70年代以来:热管技术飞速发展.我国也自70年代开 始,开展了对热管的研究和应用

发展及现状 1944年:通用发动机公司的R.S.Gaugler首先提出 了热管的工作原理,但是他的想法当时并没 有被广泛的采纳利用。 1963年:美国的Los Alamos国家实验室的G.M.Grover 重新独立发明了这种传热元件,并进行了性 能测试实验,将这种传热元件正式命名为热 管-heat pipe。 1965年:Cotter首次提出了较完整的热管理论。 70年代以来:热管技术飞速发展.我国也自70年代开 始,开展了对热管的研究和应用

热管特性 很高的导热性:比普通的金属导体高几个数量级。 优良的等温性蒸汽处于饱和状态,从而保证了很 的温差利用该特性来实现温度展平。 热流密度可变性:可以通过改变蒸发段和冷凝段的 面积来很方便的调节热流密度 ■热流方向的可逆性:由于其内部循环动力是毛细力, 所以任意一端受热都可以成为蒸发段。 环境的适应性:热管的形状可以随热源和冷源的条 件而变化,并可以将热源和冷源分隔在两个场所进 热交换

热管特性 ◼ 很高的导热性:比普通的金属导体高几个数量级。 ◼ 优良的等温性:蒸汽处于饱和状态,从而保证了很小 的温差,利用该特性来实现温度展平。 ◼ 热流密度可变性:可以通过改变蒸发段和冷凝段的 面积来很方便的调节热流密度。 ◼ 热流方向的可逆性:由于其内部循环动力是毛细力, 所以任意一端受热都可以成为蒸发段。 ◼ 环境的适应性:热管的形状可以随热源和冷源的条 件而变化,并可以将热源和冷源分隔在两个场所进 行热交换

热管原理 表面张力与毛细管现象 表面张力:在等温情况下增 加液体单位表面积所需要 的功 接触角:液体表面及固体表 面切线间的夹角。 于对三相交界线受力分析得 0=0+0 cos 0 所以 (a)没润液体 (b)不漫润液体 图2-1固体壁面处液体弯液面的形状 一液相:v-气汽相:s-固体壁面

热管原理 表面张力与毛细管现象 表面张力：在等温情况下增 加液体单位表面积所需要 的功。 接触角：液体表面及固体表 面切线间的夹角。 对三相交界线受力分析得  vs = sl + l v cos 所以: l v vs sl     − cos =

弯曲液面两边的压差 受力分析得到方程: da (p-p. )dS, dS,=odS,2+odS R R R dB 假定R1=R2整理后得到 p ds odSi 20 △p=R odds

弯曲液面两边的压差 ( ) 1 1 2 2 2 1 2 1 2 1 R dS dS R dS p − p dS dS =dS + 受力分析得到方程: 假定R1=R2整理后得到: R p 2  =

毛细头 平衡时有 Pe=P+pgh= po-Ap+ pgh 20 + pgh R 上升高度h 2020c0s0 h pgR pg AD就是毛细头,它是热管循环 的基本推动力

毛细头 gh R p pB pA gh p p gh     = − + = + = −  + 2 0 0 gR gr h     2 2 cos = = 平衡时有: 上升高度h: 就是毛细头,它是热管循环 的基本推动力 p

热管工作示意图 Heat source Heat sink L c Liquid now ----- pora。w 上金全会A Equid now s-2=rr Evaporator Adiabatic Condenser section section section a) Liquid-vapor interface

热管工作示意图

传热极限 连续流动极限 冷冻启动极限 黏性极限 声速极限 携带极限 毛细极限 冷凝极限 沸腾极限

传热极限 ◼ 连续流动极限 ◼ 冷冻启动极限 ◼ 黏性极限 ◼ 声速极限 ◼ 携带极限 ◼ 毛细极限 ◼ 冷凝极限 ◼ 沸腾极限

热管的传热极限 Condenser limit Boiling limit Entrainment limit s Viscous limit Capillary limit APE×2 Sonic limit Frozen startup limit Continuum now limit perating temperature, T

热管的传热极限