热管技术及其工程应用

热管技术及其工程应用 什 么 是 热 管 ？ 热 管 从 何 而 来 ？ 有 什 么 作 用 ？ 热 管 工 作 的 原 理 是 什 么 ？ 有 何 特 性 ？ 热 管 跟 普 通 的 “ 管 ” 有 什 么 区 别 ？ 什 么 是 热 管 换 热 器 ？ 常 见 的 热 管 有 哪 些 种 类 ？ 如 何 设 计 热 管 换 热 器 ？ 我 们 日 常 生 活 中 有 哪 些 场 合 使 用 了 热 管 换 热 器 ？ 热 管 换 热 器 的 研 究 发 展 前 景 如 何 ？ 第 一 章 绪 论一 热 管 换 热 器 的 研 究 背 景 当 今 传 热 工 程 面 临 两 大 问 题 ： 研 究 高 绝 热 材 料和 高 导 热 材 料 。 具 有 良 好 导 热 性 的 材 料 有 铝 (202W/m )、 柴 铜 385W/ m 、 和 银 ： 410W/ m )， 但 其 导 热 系 数 只 能 达 到 102W/m 的 数 量 级 ， 远 不 能满 足 某 些 工 程 中 的 快 速 散 热 和 传 热 需 要 ， 热 管 的 发 明 就 解 决了 这 一 问 题 。 热 管 的 相 当 导 热 系 数 可 达 105 W/m 的 数 量级 为 一 般 金 属 材 料 的 数 百 倍 乃 至 上 千 倍 。 它 可 将 大 量 热 量通 过 很 小 的 截 面 积 远 距 离 地 传 输 而 无 需 外 加 动 力 。 由 于 热 管具 有 导 热 性 能 好 、 结 构 简 单 、 工 作 可 靠 、 温 度 均 匀 等 良 好 性能 热 管 是 传 热 领 域 的 重 大 发 明 和 科 技 成 果 ， 给 人 类 社 会 带来 巨 大 的 实 用 价 值 。 热 管 的 发 展 史 热 管 的 原 理 首 先 是 由 美 国 俄 亥 俄 州 通 用 发 动 机 公 司 的 R.S.Gaugler于 1944年 在 美 国 专 利 中 提 出 的 。 1962年 L.Trefethen再 次 提 出 类 似 于 Gaugler的 传 热 元 件 用 于 宇 宙 飞 船 ， 但因 这 种 建 议 并 未 经 过 实 验 证 明 ， 亦 未 能 付 诸 实 施 。 1967年 一 根 不 锈 钢 -水 热 管 首 次 被 送 入 地 球 卫 星 轨 道 并 运 行 成 功 ， 从 此 吸引 了 很 多 科 学 技 术 工 作 人 员 从 事 热 管 研 究 。 1970年 在 美 国 出 现 了 供 应 商 品 热 管 的 部 门 ， 热 管 的 应 用 范 围 从 宇 航 扩 大到 了 地 面 。 1980年 美 国 Q-Dot公 司 生 产 了 热 管 废 热 锅 炉 ， 日 本 帝 人 工 程 公 司 也 成 功 地 用 热 管 做 成 锅 炉 给 水 预 热 器 ， 解 决 了 排 烟 的 露 点 腐 蚀 问 题 。 1984年 Cotter较 完 整 地 提 出 了 微 型 热 管 的 理 论 及 展 望 ， 为 微 型 热 管 的 研 究与 应 用 奠 定 了 理 论 基 础 。 70年 代 以 来 ， 热 管 技 术 飞 速 发 展 ， 各 国 的 科 研 机 构 、 高 等院 校 、 公 司 及 厂 矿 均 开 展 了 多 方 面 的 开 发 、 应 用 研 究 ， 国 际 间 、地 区 间 及 各 国 自 身 的 热 管 技 术 交 流 活 动 日 益 频 繁 。 1973年 在 德 国 斯 图 加 特 召 开 了 第 一 届 国 际 热 管 会 议 后 ； 1976年 在 意 大 利 的 波 伦 亚 召 开 了 第 二 届 国 际 热 管 会 议 ； 1978年 在 美 国 加 尼 福 利 亚 州 召 开 了 第 三 届 国 际 热 管 会 议 ； 此 后 1981年 在 英 国 伦 敦 ， 1984年 在 日 本 筑 波 , 1987在 法 国格 林 贝 尔 ， 1990年 在 前 苏 联 明 斯 克 ， 1992年 在 中 国 北 京 ， 1995年 在 美 国 新 墨 西 哥 州 ， 1997在 德 国 斯 图 加 特 ， 1999年 在 日 本 东京 ， 2002年 在 俄 罗 斯 莫 斯 科 ， 2004年 在 中 国 上 海 分 别 召 开 了 第四 至 十 三 届 国 际 热 管 会 议 ； 除 此 之 外 ， 中 日 双 方 从 1985年 至 1994年 分 别 召 开 了 四 届 双边 及 多 边 热 管 技 术 研 讨 会 ； 1996年 在 澳 大 利 亚 墨 尔 本 召 开 的 多 边 会 议 正 式 发 展 为 国 际热 管 技 术 研 讨 会 。 我 国 于 1970年 开 始 的 热 管 研 制 工 作 首 先 是 为 航 天 技 术发 展 的 需 要 而 进 行 的 。 1976年 12月 7日 ， 在 卫 星 上 首 次 应 用 热 管 取 得 了 成 功 ；我 国 气 象 卫 星 也 应 用 了 热 管 ， 取 得 了 预 期 的 效 果 。 由 于 我 国 是 一 个 发 展 中 国 家 ， 能 源 的 中 和 利 用 水 平 较 低 ，因 此 自 80年 代 初 我 国 的 热 管 研 究 及 开 发 的 重 点 转 向 节 能 及能 源 的 合 理 利 用 ， 相 继 开 发 了 热 管 气 -气 换 热 器 ， 热 管 余 热锅 炉 、 高 温 热 管 蒸 气 发 生 器 ， 高 温 热 管 热 风 炉 等 各 类 热 管产 品 。 从 1987到 1991年 我 国 先 后 在 四 川 、 福 建 、 北 京 、浙 江 、 河 北 等 地 8台 130t h以 上 电 站 锅 炉 上 应 用 了 大 型 热管 换 热 器 ， 回 收 烟 气 余 热 加 热 锅 炉 鼓 风 空 气 。 我 国 的 热 管 技 术 工 业 化 应 用 的 开 发 研 究 发 展 迅 速 ， 学 术交 流 活 动 也 十 分 活 跃 ， 从 1983年 起 已 经 先 后 召 开 了 八 届 全国 性 的 热 管 会 议 。 一 .热 管 的 组 成 第 二 章 热 管 及 其 特 性图 2.1 热 管 示 意 图1管 壳 ； 2管 芯 ； 3蒸 汽 腔 ； 4工 作 液 热 管 ： 是 一 种 传 热 性 极 好 的 人 工构 件 ， 常 用 的 热 管 由 三 部 分 组 成 ：主 体 为 一 根 封 闭 的 金 属 管 （ 管壳 ） ， 内 部 空 腔 内 有 少 量 工 作 介质 （ 工 作 液 ） 和 毛 细 结 构 （ 管芯 ） ， 管 内 的 空 气 及 其 他 杂 物 必须 排 除 在 外 。 热 管 工 作 时 利 用 了三 种 物 理 学 原 理 ： 在 真 空 状 态 下 ， 液 体 的 沸 点 降 低 ； 同 种 物 质 的 汽 化 潜 热 比 显 热 高 的多 ； 多 孔 毛 细 结 构 对 液 体 的 抽 吸 力 可使 液 体 流 动 。 从 传 热 状 况 看 ， 热 管 沿 轴 向可 分 为 蒸 发 段 ， 绝 热 段 和 冷 凝 段三 部 分 。 A traditional heat pipe is a hollow cylinder filled with a vaporizable liquid. A. H eat is absorbed in the evaporating section. B. Fluid boils to vapor phase. C. H eat is released from the upper part of cylinder to the environment; vapor condenses to liquid phase. D. Liquid returns by gravity to the lower part of cylinder (evaporating section).国 外 资 料 : (From http:/) Heat Pipes for Dehumidification(除 湿 气 ) 热 管 的 管 壳 是 受 压 部 件 ， 要 求 由 高 导 热 率 、 耐 压 、 耐 热 应 力 的 材 料 制造 。 在 材 料 的 选 择 上 必 须 考 虑 到 热 管 在 长 期 运 行 中 管 壳 无 腐 蚀 ， 工 质 与管 壳 不 发 生 化 学 反 应 ， 不 产 生 气 体 。 管 壳 材 料 有 多 种 ， 以 不 锈 钢 、 铜 、 铝 、 镍 等 较 多 ， 也 可 用 贵 重 金 属 铌 、钽 或 玻 璃 、 陶 瓷 等 。 管 壳 的 作 用 是 将 热 管 的 工 作 部 分 封 闭 起 来 ， 在 热 端和 冷 端 接 受 和 放 出 热 量 ， 并 承 受 管 内 外 压 力 不 等 时 所 产 生 的 压 力 差 。 热 管 的 管 芯 是 一 种 紧 贴 管 壳 内 壁 的 毛 细 结 构 ，通 常 用 多 层 金 属 丝 网 或 纤 维 、 布 等 以 衬 里 形 式紧 贴 内 壁 以 减 小 接 触 热 阻 ， 衬 里 也 可 由 多 孔 陶瓷 或 烧 结 金 属 构 成 。 如 右 图 所 示 为 几 种 不 同 的管 芯 的 结 果 示 意 图 热 管 的 工 作 液 要 有 较 高 的 汽 化 潜 热 、 导 热 系 数 ， 合 适 的 饱 和 压 力 及 沸 点 ， 较 低 的 粘 度 及 良 好 的 稳 定 性 。 工 作 液 体 还 应 有 较 大 的 表 面 张 力 和润 湿 毛 细 结 构 的 能 力 ， 使 毛 细 结 构 能 对 工 作 液 作 用 并 产 生 必 须 的 毛 细力 。 工 作 液 还 不 能 对 毛 细 结 构 和 管 壁 产 生 溶 解 作 用 ， 否 则 被 溶 解 的 物质 将 积 累 在 蒸 发 段 破 坏 毛 细 结 构 。 二 . 热 管 的 工 作 过 程 如 图 ： 当 热 管 的 一 端 受 热 时 毛细 芯 中 的 液 体 蒸 发 汽 化 ， 蒸 汽 在 微小 的 压 差 下 流 向 另 一 端 放 出 热 量 凝结 成 液 体 ， 液 体 在 沿 多 孔 材 料 靠 毛细 力 的 作 用 流 回 蒸 发 段 。 如 此 循 环不 已 ， 热 量 便 从 一 端 传 到 了 另 一 端 ！ 在 这 一 热 量 转 移 的 过 程 中 ， 具 体包 含 了 以 下 六 个 相 互 关 联 的 过 程 ： （ 1） 热 量 从 热 源 通 过 热 管 管 壁 和充 满 工 作 液 的 吸 液 芯 传 递 到 液 -气 分界 面 ； （ 2） 液 体 在 蒸 发 段 的 液 -气 分 界 面 上 蒸 发 ；（ 3） 蒸 汽 腔 内 的 蒸 汽 从 蒸 发 段 流 向冷 凝 段 ；（ 4） 蒸 汽 在 冷 凝 段 内 的 液 -气 分 界 面 上 凝 结 ；（ 5） 热 量 从 液 -气 分 界 面 通 过 吸 液 芯 、 液 体 和 管 壁 传 给 冷 源 ；（ 6） 在 吸 液 芯 内 由 于 毛 细 作 用 （ 或 重 力 等 ） 是 冷 凝 后 的 工 作 也 体 回 流 到 蒸 发 段 。 热 管 工 作 过 程 动 画注 意 ： 热 管 中 的 水 会 因 为 内 部 低 压 而 在 100 以 下 就 沸 腾 蒸 发 。 水 蒸 汽 流热 量 输 入 液 态 水 蒸 发 液 体 由 于 重 力或 吸 附 力 回 流 水 蒸 汽 冷 凝热 量 散 失 三 .热 管 的 传 热 极 限 热 管 虽 然 是 一 种 传 热 性 能 极 好 的 元 件 ， 但 也 不 可 能 无 限 加 大 热 负 荷 ，其 传 热 能 力 的 上 限 值 会 受 到 一 种 或 几 种 因 素 的 限 制 ， 如 毛 细 力 、 声 速 、携 带 、 冷 冻 启 动 、 连 续 蒸 气 、 蒸 气 压 力 及 冷 凝 等 ， 因 而 构 成 热 管 的 传热 极 限 (或 叫 工 作 极 限 )。 这 些 传 热 极 限 与 热 管 尺 寸 、 形 状 、 工 作 介 质 、吸 液 芯 结 构 、 工 作 温 度 等 有 关 ， 限 制 热 管 传 热 量 的 级 限 类 型 是 由 该 热管 在 某 种 温 度 下 各 传 热 极 限 的 最 小 值 所 决 定 的 。 具 体 来 讲 ， 这 些 极 限主 要 有 （ 如 图 所 示 ） ： 从 图 中 可 以 看 出 ： 当 工 作 温 度 低 时 ， 最 易 出 现 粘 性 极 限 及 声 速 极 限 。 而 在 高 温 下则 应 防 止 出 现 毛 细 极 限 及 沸 腾 极 限 。 故 热 管 的 工 作 点 必 须 选 择 在 包 络 线 的 下 方 。 什 么 叫 连 续 流 动 极 限 ？ 对 于 小 热 管 ， 如 微 型 热 管 ，以 及 工 作 温 度 很 低 的 热 管 ， 热 管内 的 蒸 气 流 动 可 能 处 于 自 由 分 子状 态 或 稀 薄 、 真 空 状 态 。 这 时 ，由 于 不 能 获 得 连 续 的 蒸 气 流 ， 传热 能 力 将 受 到 限 制 。 什 么 叫 冷 冻 启 动 极 限 ？ 在 从 冷 冻 状 态 启 动 过 程 中 ，蒸 发 端 来 得 蒸 气 可 能 在 绝 热 段或 冷 凝 段 再 次 冷 冻 ， 这 将 耗 尽蒸 发 段 来 的 工 作 介 质 ， 导 致 蒸发 段 干 涸 ， 热 管 无 法 正 常 启 动工 作 。 什 么 叫 黏 性 极 限 ？ 在 蒸 汽 温 度 低 时 ， 工 作 流体 的 蒸 汽 在 热 管 内 的 流 动 受 粘性 力 支 配 ， 即 热 管 中 蒸 汽 流 动的 粘 滞 阻 力 限 制 了 热 管 的 最 大传 热 能 力 。 粘 性 极 限 只 与 工 质 物 性 、 热 管 长 度 和 蒸 汽 通 道 直径 有 关 ， 而 与 吸 液 芯 的 几 何 形状 和 结 构 形 式 无 关 。 什 么 叫 声 速 极 限 ？ 热 管 中 的 蒸 汽 流 动 类 似 于 拉 伐尔 喷 管 中 的 气 体 流 动 。 当 蒸 发 段 温度 一 定 ， 降 低 冷 凝 段 温 度 可 使 蒸 汽流 速 加 大 ， 传 热 量 因 而 加 大 。 但 当蒸 发 段 出 口 汽 速 达 到 声 速 时 ， 进 一步 降 低 冷 凝 段 温 度 也 不 能 再 使 蒸 发段 出 口 处 汽 速 超 过 声 速 ， 因 而 传 热量 也 不 再 增 加 ， 这 时 热 管 的 工 作 达到 了 声 速 的 极 限 。 什 么 叫 冷 凝 极 限 ? 冷 凝 极 限 指 通 过 冷 凝 段 汽 -液交 界 面 所 能 传 递 的 最 大 热 量 。 热 管最 大 传 热 能 力 可 能 受 到 冷 凝 段 冷 却能 力 的 限 制 ， 不 凝 性 气 体 的 存 在 降低 了 冷 凝 段 的 冷 却 效 率 。 什 么 叫 沸 腾 极 限 ? 热 管 工 作 中 当 其 蒸 发 段 径 向 热 流密 度 很 大 时 ， 将 会 使 管 芯 内 工 作 液 体沸 腾 。 当 径 向 热 流 密 度 达 到 某 一 临 界值 时 ， 对 于 吸 液 芯 的 热 管 ， 由 于 所 发生 的 大 量 汽 泡 堵 塞 了 毛 孔 ， 减 弱 或 破坏 了 毛 细 抽 吸 作 用 ， 致 使 凝 结 液 回 流量 不 能 满 足 蒸 发 要 求 。 什 么 叫 携 带 极 限 ? 热 管 中 蒸 汽 与 液 体 的 流 动 方 向 相反 ， 在 交 界 面 上 二 者 相 互 作 用 ， 阻止 对 方 流 动 。 液 体 表 面 由 于 受 逆 向蒸 汽 流 的 作 用 产 生 波 动 ， 当 蒸 汽 速度 高 到 能 把 液 面 上 的 液 体 剪 切 成 细滴 并 把 它 带 到 冷 凝 段 时 ， 液 体 被 大量 携 带 走 ， 使 应 当 通 过 毛 细 芯 返 回蒸 发 段 去 的 液 体 不 足 甚 至 中 断 ， 从而 造 成 蒸 发 段 毛 细 芯 干 涸 ， 使 热 管停 止 工 作 ， 这 就 达 到 了 热 管 的 携 带传 热 极 限 。 什 么 叫 毛 细 极 限 ? 在 热 管 运 行 中 ， 当 热 管 中 的 汽体 液 体 的 循 环 压 力 降 与 所 能 提 供 的最 大 毛 细 压 头 达 到 平 衡 时 ， 该 热 管的 传 热 量 也 就 达 到 了 最 大 值 。 如 果这 时 加 大 蒸 发 量 和 冷 凝 量 ， 则 会 因毛 细 压 头 不 足 使 抽 回 到 蒸 发 段 的 液体 不 能 满 足 蒸 发 所 需 要 的 量 ， 以 致会 发 生 蒸 发 段 吸 液 芯 的 干 涸 和 过 热 。导 致 壳 壁 温 度 剧 烈 升 高 ， 甚 至 “ 烧毁 ” 。 四 .热 管 的 基 本 特 性 (1)很 高 的 导 热 性 热 管 内 部 主 要 靠 工 作 液 体 的 汽 、 液 相 变 传 热 ， 热 阻 很 小 ， 因 此 具 有 很 高 的 导 热 能 力 。 (2)优 良 的 等 温 性 热 管 内 腔 的 蒸 汽 是 处 于 饱 和 状 态 ， 饱 和 蒸 汽 从 蒸 发 段 流 向 冷 凝 段 所 产 生 的 压 降 很 小 ， 根 据 热 力 学 中 的 Clausuis-Clapeyron方 程 式 可 知 ， 温 降 亦 很 小 ， 因 而 热 管 具 有 优 良 的 等 温 性 。 (3)热 流 密 度 可 变 性 热 管 可 以 独 立 改 变 蒸 发 段 或 冷 却 段 的 加 热 面 积 ， 这 样 即 可 以 改 变 热 流 密 度 。 I (4)热 流 方 向 的 可 逆 性 一 根 水 平 放 置 的 有 芯 热 管 ， 由 于 其 内 部 循 环 动 力 是 毛 细 力 ， 因 此 任 意 一 端 受 热 就 可 作 为 蒸 发 段 ， 而 另 一 端 向 外 散 热 就 成 为 冷 凝 段 。 (5)热 二 极 管 与 热 开 关 性 能 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 时 ， 热 管 开 始 工 作 ， 当 热 源 温 度 低 于 这 一 温 度 时 ， 热 管 就 不 传 热 。 (6)恒 温 特 性 普 通 热 管 的 各 部 分 热 阻 基 本 上 不 随 着 热 量 的 变 化 而 变 化 ， 因 此 热 管 各 部 分 的 温 度 亦 加 热 量 变 化 。 但 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 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 、 燃 气 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 ； 热 管 既 可 以 用 于 地 面 (重 力 场 )， 也 可 用 于 空 间 (无 重 力 场 )。 热 管 内 质 量 流 、 压 力 和 温 度 分 布五 .热 管 的 工 作 特 性 热 管 液 汽 分 界 面 的 形 状 （ a） 管 起 动 前 的 液 汽 交 界 面 （ b） 热 管 工 作 时 的 液 汽 交 界 面（ c） 吸 液 芯 内 液 汽 界 面 参 数 对 于 普 通 热 管 ， 其 液 体 和 蒸 汽 循 环 的 主要 动 力 是 毛 细 材 料 和 液 体 结 合 所 产 生 的 毛 细力 。 假 设 热 管 中 沿 蒸 发 段 蒸 发 率 是 均 匀 的 ，沿 冷 凝 段 冷 凝 率 也 是 均 匀 的 ， 则 其 质 量 流 率 、压 力 分 布 、 温 度 分 布 及 弯 月 面 曲 率 的 分 布 如右 上 图 所 示 。 在 蒸 发 段 内 ， 由 于 液 体 不 断 蒸 发 ， 使 汽 液分 界 面 缩 回 到 管 芯 里 ， 即 向 毛 细 孔 一 侧 下 陷 ，使 毛 细 结 构 的 表 面 上 形 成 弯 月 形 凹 面 。 而 在冷 凝 段 ， 蒸 汽 逐 渐 凝 结 的 结 果 使 液 汽 分 界 面高 出 吸 液 芯 ， 故 分 界 面 基 本 上 呈 平 面 形 状 ，即 界 面 的 曲 率 半 径 为 无 穷 大 (见 右 上 图 上 部及 右 下 图 )。 曲 率 半 径 之 差 提 供 了 使 工 质 循环 流 动 的 毛 细 驱 动 力 (循 环 压 头 )， 用 以 克 服循 环 流 动 中 作 用 于 工 质 的 重 力 、 摩 擦 力 以 及动 量 变 化 所 引 起 的 循 环 阻 力 。 六 .热 管 的 相 容 性 及 寿 命 热 管 的 相 容 性 是 指 热 管 在 预 期 的 设 计 寿 命 内 ， 管 内 工 作 液 体 同 壳 体不 发 生 显 著 的 化 学 反 应 或 物 理 变 化 ， 或 有 变 化 但 不 足 以 影 响 热 管 的 工 作性 能 。 相 容 性 在 热 管 的 应 用 中 具 有 重 要 的 意 义 。 只 有 长 期 相 容 性 良 好 的热 管 ， 才 能 保 证 稳 定 的 传 热 性 能 、 长 期 的 工 作 寿 命 及 工 业 应 用 的 可 能 性 。影 响 热 管 寿 命 的 因 素 很 多 ， 归 结 起 来 ， 造 成 热 管 不 相 容 的 主 要 形 式 有 以下 三 方 面 ： (1)产 生 不 凝 性 气 体 由 于 工 作 液 体 与 管 壳 材 料 发 生 化 学 反 应 或电 化 学 反 应 ， 产 生 不 凝 性 气 体 ， 在 热 管 工 作 时 ， 该 气 体 被 蒸 汽 流 吹 扫 到 冷 凝 段聚 集 起 来 形 成 气 塞 ， 从 而 使 有 效 冷 凝 面 积 减 小 ， 热 阻 增 大 ， 传 热 性 能 恶 化 。 (2)工 作 液 体 物 性 恶 化 有 机 工 作 介 质 在 一 定 温 度 下 ， 会 逐 渐 发生 分 解 ， 或 与 壳 体 材 料 发 生 化 学 反 应 ， 使 工 作 介 质 改 变 其 物 理 性 能 。 (3)管 壳 材 料 的 腐 蚀 、 溶 解 工 作 液 体 在 管 壳 内 连 续 流 动 ， 同时 存 在 着 温 差 、 杂 质 等 因 素 ， 使 管 壳 材 料 发 生 溶 解 和 腐 蚀 ， 流 动 阻 力 增 大 ， 使热 管 传 热 性 能 降 低 。 当 管 壳 被 腐 蚀 后 ， 引 起 强 度 下 降 ， 甚 至 引 起 管 壳 的 腐 蚀 穿孔 ， 使 热 管 完 全 失 效 。 七 .热 管 关 键 技 术 （ 1） 温 度 展 平 （ 均 温 技 术 ）（ 2） 汇 源 分 隔 （ 3） 变 换 热 流 密 度 （ 4） 热 控 制 (可 变 导 热 管 ) （ 5） 单 向 导 热 (热 二 极 管 ) （ 6） 旋 转 元 件 的 传 热 (旋 转 热 管 )（ 7） 微 型 热 管 技 术 （ 8） 高 温 热 管 技 术 总 结 ： 热 管 技 术 的 重 要 特 点 与 常 规 换 热 技 术 相 比 ， 热 管 技 术 之 所 以 能 不 断 受 到 工 程 界 欢 迎 ， 是 因 其 具有 如 下 的 重 要 特 点 。 (1)热 管 换 热 设 备 较 常 规 设 备 更 安 全 、 可 靠 ， 可 长 期 连 续 运 行 这 一 特 点对 连 续 性 生 产 的 工 程 ， 如 化 工 、 冶 金 、 动 力 等 部 门 具 有 特 别 重 要 的 意 义 。 常 规 换热 设 备 一 般 都 是 间 壁 换 热 ， 冷 热 流 体 分 别 在 器 壁 的 两 侧 流 过 ， 如 管 壁 或 器 壁 有 泄漏 ， 则 将 造 成 停 产 损 失 。 由 热 管 组 成 的 换 热 设 备 ， 则 是 二 次 间 壁 换 热 ， 即 热 流 要通 过 热 管 的 蒸 发 段 管 壁 和 冷 凝 段 管 壁 才 能 传 到 冷 流 体 ， 而 热 管 一 般 不 可 能 在 蒸 发段 和 冷 凝 段 同 时 破 坏 ， 所 以 大 大 增 强 了 设 备 运 行 的 可 靠 性 。 (2)热 管 管 壁 的 温 度 可 调 性 热 管 管 壁 的 温 度 可 以 调 节 ， 在 低 温 余 热 回 收或 热 交 换 中 是 相 当 重 要 的 ， 因 为 可 以 通 过 适 当 的 热 流 变 换 把 热 管 管 壁 温 度 调 整 在低 温 流 体 的 露 点 以 上 ， 从 而 可 防 止 露 点 腐 蚀 ， 保 证 设 备 的 长 期 运 行 。 这 在 电 站 锅炉 尾 部 的 空 气 预 热 方 面 应 用 得 特 别 成 功 ， 设 置 在 锅 炉 尾 部 的 热 管 空 气 预 热 器 ， 由于 能 调 整 管 壁 温 度 不 仅 能 防 止 烟 气 结 露 ， 而 且 也 避 免 了 烟 灰 在 管 壁 上 的 粘 结 ， 保 证 锅 炉 长 期 运 行 ， 并 提 高 了 锅 炉 效 率 。 (3)冷 、 热 段 结 构 和 位 置 布 置 灵 活 由 热 管 组 成 的 换 热 设 备 的 受 热 部 分 和放 热 部 分 结 构 设 计 和 位 置 布 置 非 常 灵 活 ， 可 适 应 于 各 种 复 杂 的 场 合 。 由 于 结 构 紧凑 占 地 空 间 小 ， 因 此 特 别 适 合 于 工 程 改 造 及 地 面 空 间 狭 小 和 设 备 拥 挤 的 场 合 ， 且维 修 工 作 量 。 (4)热 管 换 热 设 备 效 率 高 ， 节 能 效 果 显 著 。 第 三 章 热 管 的 分 类 由 于 热 管 的 用 途 、 种 类 和 型 式 较 多 ， 再 加 上 热 管 在 结 构 、 材质 和 工 作 液 体 等 方 面 各 有 不 同 之 处 ， 故 而 对 热 管 的 分 类 也 很 多 ， 常用 的 分 类 方 法 有 以 下 几 种 。 按 照 工 作 液 体 回 流 动 力 区 分 有 芯 热 管 、 两 相 闭 式 热 虹 吸 管 (又称 重 力 热 管 )、 重 力 辅 助 热 管 、 旋 转 热 管 、 电 流 体 动 力 热 管 、 磁 流 体动 力 热 管 、 渗 透 热 管 等 等 。 按 照 热 管 管 内 工 作 温 度 区 分 有 低 温 热 管 、 常 温 热 管 、 中 温 热管 、 高 温 热 管 等 。 按 照 管 壳 与 工 作 液 体 的 组 合 区 分 有 铜 -水 热 管 、 碳 钢 -水 热 管 、铝 -丙 酮 热 管 、 碳 钢 -萘 热 管 、 不 锈 钢 -钠 热 管 等 。 按 照 结 构 形 式 区 分 有 普 通 热 管 、 分 离 式 热 管 、 毛 细 泵 回 路 热管 、 微 型 热 管 、 平 板 热 管 、 径 向 热 管 等 。 按 照 热 管 的 功 用 划 分 有 传 输 热 量 的 热 管 、 热 二 极 管 、 热 开 关 、热 控 制 用 热 管 、 仿 真 热 管 、 制 冷 热 管 等 。 一 .两 相 闭 式 热 虹 吸 管 （ Two-Phase Closed Thermal- siphon） 两 相 闭 式 热 虹 吸 管 又 称 为 重 力 热 管 ， 简 称 热 虹吸 管 。 其 结 构 和 原 理 如 右 图 所 示 。 与 普 通 热 管 原理 一 样 ， 但 不 同 的 是 热 管 内 没 有 吸 液 芯 ， 冷 凝 液的 回 流 主 要 是 靠 自 身 的 重 力 作 用 ， 因 此 ， 热 虹 吸管 的 作 用 有 一 定 的 方 向 性 ： 冷 凝 段 位 置 必 须 高 于蒸 发 段 。 其 结 构 简 单 、 制 造 方 便 、 成 本 低 廉 、 而且 传 热 性 能 优 良 、 工 作 可 靠 ， 因 此 他 在 地 面 上 的各 类 传 热 设 备 中 都 可 以 作 为 高 效 传 热 元 件 ， 其 应用 领 域 非 常 广 泛 。 两 相 闭 式 热 虹 吸 管 对 于 两 相 闭 式 热 虹 吸 管 ， 所 可 能 发 生 的 传 热 极 限 主 要 是 干 涸 极 限 、 沸 腾 极 限(又 称 烧 毁 极 限 )和 携 带 极 限 。 干 涸 极 限 一 般 发 生 在 充 液 量 过 小 时 。 为 了 避 免 热 管 工 作 时 达 到 这 些 传 热 极 限 ， 并 强 化 热 管 的 换 热 ， 国 内 外 许 多 传 热 界 学 者 对 热 虹 吸 管 内 的 强 化 换 热 作 了 许 多 实 验 和 理 论 研 究 ， 也 得 出 了 很 多 行之 有 效 的 方 法 。 例 如 ： 在 热 虹 吸 管 的 蒸 发 段 内 同 心 放 置 开 孔 抑 泡 管 抑 制 该 段 气泡 的 脱 离 ； 在 冷 凝 段 内 设 置 溢 流 同 心 导 管 降 低 该 段 的 凝 结 热 阻 ； 将 热 虹 吸 管 的内 壁 加 工 成 为 轴 向 槽 道 表 面 提 高 热 虹 吸 管 的 换 热 系 数 ； 在 热 虹 吸 管 内 插 入 同 心的 内 热 虹 吸 管 ； 在 热 虹 吸 管 内 插 入 一 根 同 轴 多 孔 管 流 动 分 离 器 ， 强 化 内 部传 热 。 二 .旋 转 热 管 旋 转 热 管 的 概 念 是 由 Gray于 1969年首 次 提 出 的 ， 他 分 析 了 旋 转 热 管 较 普 通热 管 具 有 更 强 的 传 热 能 力 。 旋 转 热 管 的显 著 特 征 是 热 管 自 身 是 旋 转 件 ， 因 而 可以 用 于 所 有 需 要 冷 却 散 热 的 旋 转 零 部 件 ，如 电 机 转 子 ， 发 动 机 电 动 机 转 轴 等 的 冷却 ， 具 有 实 际 应 用 价 值 。 旋 转 热 管 为 一 密 闭 的 空 心 轴 (管 )， 此 空 心 轴 内 腔 具 有 一 定 初 始 真 空 度 ， 并 充有 少 量 工 作 液 。 内 腔 的 形 状 可 以 是 空 心 圆 柱 形 、 空 心 内 锥 形 成 圆 柱 台 阶 形 。 上 图为 一 锥 形 空 腔 的 旋 转 热 管 工 作 原 理 简 图 。 在 高 转 速 下 ， 工 作 液 覆 盖 在 空 腔 的 内 壁面 上 ， 并 形 成 一 层 环 状 液 膜 。 旋 转 热 管 的 一 端 由 于 被 加 热 ， 该 处 液 体 蒸 发 、 液 膜变 薄 ， 所 产 生 的 蒸 汽 流 到 另 一 端 (冷 却 端 )。 蒸 汽 在 冷 却 端 放 出 潜 热 而 凝 结 成 液 体 。 在 热 管 的 旋 转 作 用 下 液 体 受 到 一 离 心 力 ， 这 一 离 心 力 沿 锥 面 的 分 力 使 这 些 冷 凝 液沿 锥 面 流 回 到 蒸 发 段 。 这 样 连 续 地 循 环 就 完 成 了 把 热 量 从 加 热 段 输 送 到 冷 却 段 的过 程 。 从 传 热 性 能 来 看 ， 旋 转 热 管 没 有 吸 液 芯 ， 因 此 不 存 在 毛 细 极 限 ， 并 且 在 热 流回 路 中 间 少 了 由 于 吸 液 芯 引 起 的 热 阻 。 旋 转 热 管 内 部 空 腔 较 大 ， 蒸 汽 流 速 不 高 ，不 易 产 生 声 速 极 限 ， 因 此 ， 其 传 热 极 限 主 要 为 ： 冷 凝 极 限 、 携 带 极 限 和 沸 腾 极 限 。 三 .分 离 式 热 管 分 离 式 热 管 结 构 示 意 图 分 离 式 热 管 的 结 构 如 左 图 所 示 ， 其 蒸 发 段和 冷 凝 段 是 分 开 的 ， 通 过 蒸 汽 上 升 管 和 液 体 下降 管 连 通 形 成 一 个 自 然 循 环 回 路 。 工 作 时 ， 在热 管 内 的 工 质 汇 集 在 蒸 发 段 ， 蒸 发 段 受 热 后 ，工 质 蒸 发 ， 产 生 的 蒸 汽 通 过 蒸 汽 上 升 管 到 达 冷凝 段 释 放 出 潜 热 而 凝 结 成 液 体 ， 在 重 力 作 用 下 ，经 液 体 下 降 管 回 到 蒸 发 段 ， 如 此 循 环 往 复 运 行 。 分 离 式 热 管 的 冷 凝 段 必 须 高 于 蒸 发 段 ， 液体 下 降 管 与 蒸 汽 上 升 管 之 间 会 形 成 一 定 的 密 度差 ， 这 个 密 度 差 所 能 提 供 的 压 头 与 冷 凝 段 和 蒸发 段 的 高 度 差 密 切 相 关 ， 它 用 以 平 衡 蒸 汽 流 动和 液 体 流 动 的 压 力 损 失 ， 维 系 着 系 统 的 正 常 运行 而 不 再 需 要 外 加 动 力 。 分 离 式 热 管 既 有 经 典 热 管 的 共 性 两 相 流 动 、 相 变 传 热 、 自 然 循 环 等 ， 同时 也 具 有 鲜 明 的 个 性 管 内 汽 液 两 相 同 向 流 动 。 分 离 式 热 管 内 蒸 汽 与 液 体 通 向 流 动 ， 故 不 存 在 携 带 极 限 ， 限 制 其 传 热 能 力 的主 要 极 限 为 烧 干 极 限 、 声 速 极 限 和 冷 凝 极 限 。 适 当 加 大 其 冲 液 量 ， 加 大 蒸 汽 上 升管 的 管 径 或 增 加 蒸 汽 上 升 管 的 个 数 等 方 法 可 以 适 当 消 除 这 些 极 限 的 影 响 。 分 离 式 热 管 最 大 的 特 点 是 冷 凝 段 和 蒸 发 段 可 以 较 远 距 离 安 装 ， 从 而 使 得 冷热 流 体 完 全 隔 离 ， 避 免 了 相 互 渗 漏 的 问 题 ， 安 全 性 能 较 经 典 热 管 大 为 提 高 。 四 .可 变 导 热 管 可 变 导 热 管 热 阻 的 简 化 模 型 普 通 热 管 的 工 作 温 度 是 由 热 源 和 热 汇 的条 件 确 定 的 ， 因 此 ， 改 变 热 负 荷 或 蒸 发 段 的温 度 就 将 引 起 热 管 工 作 温 度 的 改 变 。 对 于 普通 热 管 来 说 ， 其 导 热 率 接 近 一 个 常 量 。 然 而在 某 些 应 用 场 合 ， 需 要 冷 凝 段 (或 蒸 发 段 )的温 度 随 着 热 负 荷 的 变 化 而 保 持 不 变 ， 因 而 利用 热 管 的 热 可 控 性 产 生 了 可 变 导 热 管(Variable conductance heat pipe， VCHP)。 可 变 导 热 管 的 基 本 原 理 如 右 图 所 示 ， 这是 简 化 了 的 热 管 基 本 热 阻 模 型 。 在 这 个 模 型中 ， Re表 示 热 源 与 热 管 内 蒸 汽 之 间 所 有 热 阻之 和 ， Rc 表 示 热 管 因 蒸 汽 流 动 等 因 素 引 起 的热 阻 ， Rv表 示 热 管 内 蒸 汽 与 热 汇 之 间 所 有 热阻 之 和 。 任 意 一 项 热 阻 的 变 化 ， 将 导 致 总 热导 的 改 变 ， 热 管 的 传 热 率 也 将 发 生 变 化 。 可 变 导 热 管 可 以 分 成 两 大 类 ： 第 一 类 为 随 着 热 源 温 度 或 热 流 率 的 变 化 ， 保 持 热 管 的工 作 温 度 不 变 ； 另 一 类 为 保 持 热 源 温 度 不 变 。 五 .微 型 热 管 及 小 型 热 管 （ MHP） 微 型 热 管 横 截 面 示 意 图 随 着 集 成 芯 片 中 电 路 数 目 的 增 加 ， 其 产 生 热量 的 散 逸 变 得 越 来 越 困 难 ， 除 了 最 高 芯 片 温 度 的限 制 外 ， 对 温 度 均 匀 性 也 有 更 高 的 要 求 ， 因 而 热力 特 性 是 电 子 产 品 开 发 、 研 制 中 非 常 重 要 的 技 术 ，且 直 接 影 响 到 最 终 产 品 的 成 本 、 可 靠 性 和 表 观 。微 型 热 管 作 为 一 项 很 有 前 途 的 技 术 ， 可 用 于 计 算机 芯 片 以 获 得 高 的 热 量 导 出 率 及 温 度 均 匀 化 。 随 着 热 管 尺 寸 的 减 小 ， 微 型 热 管 遇 到 了 蒸 汽 连 续 流 动 极 限 。 此 极 限 限 制 了微 型 热 管 在 低 温 状 态 下 的 工 作 。 如 果 热 管 工 作 在 较 高 的 工 温 度 下 ， 此 极 限 为 暂时 的 ， 随 着 热 管 温 度 升 高 将 会 消 失 。 除 了 蒸 汽 连 续 自 流 动 极 限 外 ， 微 型 热 管 还将 遇 到 常 规 热 管 的 操 作 极 限 。 如 毛 细 极 限 ， 沸 腾 极 限 等 几 种 常 见 的 传 热 极 限 。 定 义 ： 微 型 热 管 被 为 液 汽 交 界 面 的 平 均 曲 率 在 数 量 上 和 液 体 总 流 通 截 面 水力 半 径 的 倒 数 相 当 的 一 种 热 管 。 典 型 的 微 型 热 管 有 凸 面 、 锐 角 的 截 面 (例 如 多 边形 )， 水 力 半 径 范 围 为 10 500m。 其 典 型 横 截 面 形 状 如 上 图 所 示 。 对 于 小 型 热管 ， 其 最 小 截 面 直 径 为 1mm数 量 级 ， 由 于 这 种 热 管 的 体 积 不 是 很 小 ， 所 以 和 常规 热 管 的 差 别 不 是 非 常 明 显 。 在 小 型 热 管 内 部 往 往 加 吸 液 芯 结 构 ， 较 为 常 见 的是 金 属 烧 结 吸 液 芯 结 构 、 丝 网 结 构 、 干 道 结 构 、 内 槽 道 结 构 等 。 六 .毛 细 泵 回 路 热 管 作 为 高 效 的 传 热 元 件 已 广 泛 应 用 于 各 个 领 域 ， 然 而 在 地 面 上 ， 如 果 热 管的 蒸 发 段 位 于 冷 凝 段 之 上 ， 其 传 热 能 力 就 将 受 到 限 制 ， 毛 细 泵 回 路 (CPL-Capillary Pumped Loop)可 以 解 决 这 一 问 题 ， 其 基 本 工 理 与 普 通 热 管 的 基 本 原 理相 似 ， 但 其 可 处 于 任 何 位 置 长 距 离 有 效 换 热 。 其 概 念 首 先 是 由 美 国 NASA Lewis研 究 中 心 的 Stenger于 1966年 提 出 的 ， 可 有效 地 用 于 小 温 差 、 长 距 离 、 无 附 加 动 力 的 热 量 回 收 ， 也 可 用 于 航 天 器 的 热 管 理 系统 ， 并 可 能 使 大 型 航 天 器 的 热 管 理 系 统 出 现 巨 大 的 变 革 。 毛 细 泵 回 路 以 其 独 特 的 工 作 方 式 工 作 ， 具 有 以 下 工 作 特 点 ： (1)具 有 较 高 的 传 热 能 力 (2)具 有 优 良 的 控 温 特 性(3)热 分 享 特 性(4)压 力 灌 注 特 性 (5)热 二 极 管 特 性 毛 细 泵 回 路 的 研 究 已 经 成 为 目 前 研 究 的 热 点 之 一 ， 它 在 空 间 站 、 现代 通 讯 卫 星 、 大 功 率 宇 宙 飞 船 、 电 子 元 器 件 的 冷 却 方 面 都 有 着 广 阔 的 应 用前 景 。 各 种 类 型 的 换 热 器 对 比 总 结 参 数热 管 类 型 是 否 有吸 液 芯 液 体 回流 动 力 传 热 极 限 常 用 场 合两 相 闭 式 热 管 无 重 力 干 涸 极 限 、 沸 腾 极限 、 携 带 极 限 常 用 于 热 源 在 冷源 下 方 的 情 况旋 转 热 管 无 离 心 力 冷 凝 极 限 、 携 带 极限 、 沸 腾 极 限 所 有 需 要 冷 却 散热 的 旋 转 零 部 件分 离 式 热 管 无 重 力 烧 干 极 限 、 声 速 极限 、 冷 凝 极 限 需 要 严 格 避 免 冷热 流 体 相 互 渗 漏的 场 合可 变 导 热 管 有 些 有 毛 细 力 或其 他 烧 干 极 限 、 携 带 极 限 、 冷 凝 极 限 需 要 冷 凝 段 (或 蒸 发段 )的 温 度 不 随 热 负荷 变 化 而 变 的 场 合微 型 热 管 及 小型 热 管 有 毛 细 力 毛 细 极 限 、 沸 腾 极限 电 子 产 品 等毛 细 泵 回 路 有 毛 细 力 毛 细 极 限 等 航 空 领 域 ， 电 子元 器 件 等 第 四 章 热 管 换 热 器 热 管 换 热 器 属 于 热 流 体 与 冷 流 体 互 不 接 触 的 表 面 式 换 热 器 。 典 型 的 热 管 换热 器 如 下 图 4.1a所 示 。 热 管 换 热 器 的 最 大 特 点 是 ： 结 构 简 单 ， 换 热 效 率 高 ， 在 传 递 相 同 热 量 的 条件 下 ， 热 管 换 热 器 的 金 属 耗 量 少 于 其 他 类 型 的 换 热 器 ； 换 热 流 体 通 过 换 热 器 时的 压 力 损 失 比 其 他 换 热 器 小 ， 因 而 动 力 消 耗 也 小 。 由 于 冷 、 热 流 体 是 通 过 热 管换 热 器 不 同 部 位 换 热 的 ， 而 热 管 元 件 相 互 又 是 独 立 的 ， 因 此 即 使 有 某 根 热 管 失效 、 穿 孔 也 不 会 对 冷 、 热 流 体 间 的 隔 离 与 换 热 有 多 少 影 响 。 此 外 ， 热 管 换 热 器可 以 方 便 地 调 整 冷 热 侧 换 热 面 积 比 ， 从 而 可 有 效 地 避 免 有 腐 蚀 性 气 体 的 露 点 腐蚀 。 热 管 换 热 器 的 这 些 特 点 正 越 来 越 受 到 人 们 的 重 视 ， 其 用 途 亦 日 趋 广 泛 。 图 4.1 a热 管 换 热 器 示 意 图 b气 -气 热 管 换 热 器 实 物 照 片 热 管 换 热 器 的 分 类 按 照 热 流 体 和 冷 流 体 的 状 态 ， 热 管 换 热 器 可 分 为 气 气 式 、 气 液 式 、 液 -液式 、 液 -气 式 。 从 热 管 换 热 器 结 构 型 式 来 看 ， 热 管 换 热 器 又 可 分 为 整 体 式 、 分 离 式 、 回 转式 和 组 合 式 。 1 整 体 式 热 管 换 热 器 该 换 热 器 是 由 许 多 单 根 热 管 组 成 的 。 热 管 数 量 的 多 少 取 决 于换 热 量 的 大 小 。 图 4.1(b)是 一 种 典 型 的 整 体 是 热 管 换 热 器 气 -气 整 体 式 热 管 换 热 器 之 实 物照 片 。 经 过 这 种 换 热 器 的 两 种 流 体 都 是 气 体 。 为 了 提 高 气 体 的 换 热 系 数 ， 往 往 采 取 在 管 外加 翅 片 的 方 法 ， 这 样 所 需 的 热 管 数 目 大 大 减 少 。 4 组 合 式 热 管 换 热 器 整 体 使 热 管 换 热 器 均 由 同 一 类 型 的 热 管 所 组 成 。 而 组 合 式热 管 换 热 器 则 是 根 据 换 热 器 所 处 的 温 度 不 同 ， 而 选 择 充 有 不 同 工 作 液 体 的 热 管 。 这 样 可 以使 大 幅 度 的 提 高 换 热 效 率 。3. 回 转 式 热 管 换 热 器 该 类 换 热 器 有 两 个 显 著 优 点 ： 一 是 借 助 转 动 的 离 心 力 来 实 现工 作 液 体 循 环 ， 同 时 转 动 促 使 气 流 的 搅 动 ， 增 强 传 热 ， 这 对 含 尘 较 多 的 气 体 更 为 有 效 。 二是 这 类 换 热 器 兼 有 送 风 机 的 功 能 。 但 由 于 增 添 了 转 动 机 构 使 结 构 复 杂 化 ， 另 外 还 增 加 了 动力 消 耗 。 回 转 热 管 换 热 器 可 分 为 离 心 式 、 轴 流 式 和 涡 流 式 。2 分 离 式 热 管 换 热 器 主 要 是 利 用 热 管 的 分 离 技 术 ， 将 多 根 分 离 式 热 管 组 合 按 实 际应 用 现 场 条 件 组 合 在 一 起 够 成 。 具 有 一 些 常 规 换 热 器 不 具 备 的 特 性 ； 根 据 现 场 实 际 情 况 ，可 灵 活 地 布 置 发 段 和 冷 凝 段 ； 一 种 热 流 体 可 同 时 加 热 两 种 不 同 的 冷 流 体 安 全 而 又 可 靠 ； 管 排 内 的 蒸 汽 温 度 可 以 调 整 。 第 五 章 热 管 及 热 管 换 热 器 设 计一 热 管 设 计在 进 行 热 管 设 计 前 ， 首 先 应 该 确 定 以 下 因 素 ： 热 管 管 内 工 作 液 体 的 选 择 ； 热 管 管 内 管 内 吸 液 芯 结 构 形 式 ； 热 管 的 工 作 温 度 ， 以 及 工 作 情 况 下 热 管 内 部 工 作 液体 的 饱 和 蒸 汽 温 度 ； 热 管 管 壳 材 料 的 选 择 。 一 般 说 来 ， 这 与 设 计 的 目 的 有 关 。 ,不 同 的 应 用 场 合 ，热 管 的 设 计 要 求 截 然 不 同 。 热 管 的 设 计 计 算 通 常 按 以 下 几 个 步 骤 进 行 ： 管 径 设 计 管 径 设 计 的 一 个 基 本 原 则 就 是 管 内 的 蒸 汽 速 度 不 超 过 一 定 的 极 限 值 ， 这 个 极 限 值 就 是 在 蒸 汽 通 道中 最 大 马 赫 数 不 能 超 过 0.2， 这 时 蒸 汽 流 动 可 以 被 认 为 是 不 可 压 缩 的 流 体 流 动 ， 轴 向 温 度 梯 度 很 小 ， 可以 忽 略 不 计 。 管 壳 设 计热 管 部 工 作 时 ， 一 般 处 于 负 压 状 态 （ 低 温 热 管 除 外 ） ， 外 界 压 力 一 般 为 大 气 压 力 ， 故 可 以 不 考 虑 管壳 失 稳 的 问 题 ， 因 而 管 壳 的 设 计 主 要 从 强 度 考 虑 。 管 壳 壁 厚 由 强 度 计 算 所 得 壁 厚 加 上 腐 蚀 裕 度 得 出 ，端 盖 则 可 以 按 照 平 板 的 设 计 较 容 易 的 设 计 。 吸 液 芯 设 计 设 计 吸 液 芯 的 依 据 是 毛 细 极 限 的 计 算 。 毛 细 极 限 的 检 验 验 算验 算 携 带 极 限 、 沸 腾 极 限 ， 最 后 核 算 Re数 ， 验 算 是 否 为 层 流