环路热管

环路热管结构设计及性能分析

环路热管结构设计及性能分析工作机理，熟悉环路热管性能与结构之间的理论关系，选择工质及系统材料（主要是毛细吸液管芯和金属材料），分析计算环路热管的各类极限并对环路热管相关部件进行校核，分析环路热管的热性能。

1环路热管组成和工作原理环路热管（LHP）通常由五个主要部件组成：蒸发器、冷凝器、补偿室、蒸汽管、液体管。

蒸发器是结合毛细吸液管芯和蒸汽通道的最重要部件。

LHP与传统热管的一个重要区别是，环路热管（LoopHeatPipe，LHP）只在蒸发器的内部放置毛细吸液管芯，而我所了解的普通热管在整个管道中都有毛细吸液管芯。

如图1所示。

根据蒸发器的结构，液压泵可分为圆柱形和扁平两种。

平板的LHP很容易与热源结合，以降低热接触电阻。

圆柱形的可以在不同面进行换热，尤其是在反重力的环境中。

环路热管的主要工作原理：当蒸发器从热源加热时，内部工作介质蒸发，产生的蒸汽沿着蒸汽流动路径排出，并通过蒸汽管道进入冷凝器。

物料通过流体管路返回补偿室，补偿室中的液体工作介质经过毛细吸液管芯的毛细吸液管吸入，从而进入蒸发器内部进行两次蒸发，这个循环的过程就是一个换热循环。

可以看出区别在于操作模式的配置。

独特的气液两相流LHP大大减少了传统热管的传热问题，但对毛细吸液管芯提出了更高的要求。

2环路热管的工作极限受其工作原理或施工设备的影响，热管回路在运行过程中会出现速度限制、沸腾限制、黏度限制和传动限制。

①声速极限：随着热负荷的增加，系统中产生的蒸汽量增加。

最大蒸汽流量出现在蒸发器的出口。

当蒸汽流速超过局部声速时，回路热管的传热效率达到极限。

随着负载的增加，由于蒸发器温度过高，回路的热管会崩溃;②沸点：热负荷高时由于蒸发器壳的热导率和毛细吸液管芯的反向漏电，毛细吸液管芯的内部工作流体也会蒸发，生成的泡沫防止毛细吸液管冷凝回流，降低吸水能力的核心;③黏度极限：当蒸发器的输入功率或温度较低时，正工作液的驱动力小于工作液的黏性阻力，回路热管不能正常工作。

基于环路热管的温度控制的中文翻译

基于环路热管的温度控制摘要现代航天器使用环路热管(LHP)越来越频繁。

然而,没有实际指导方针帮助环路热管的用户了解如何及何时使用有效的温度控制。

多数航天器的负荷和仪器必需在有效温度范围内运行。

在这条温度带之外仪器不能有效运行或停止运行。

散热器(水槽)涂料可以提高最大可允许操作温度，活动的温度控制设备(TCD)可提供操作更低的边缘温度。

LHP是航天器的组分热量控制系统，在许多情况下，作为系统使用; 因此，当使用温度控制装置时，LHP的操作要求特别考虑。

这表明存在TCD的两组主要装置。

这两组的分类是基于使用TCDs 控制环路热管的温度的原理。

一种简单的分类，是提出了不同的方法来控制环路热管的温度。

本文还讨论了基于物理原理和操作不同类型的活动温度控制装置。

强调和讨论了不同类型温度控制装置的不同应用的利弊。

在本文中，详细的解释、描述，并用实例提出了环路热管系统的控制方法。

一些允许控制能源消耗预测的基本方程，给出热温度控制装置的方法。

总之，提出了易于使用的标准来估计环路热管的控制方法的效率和性能。

环路热管的热平衡和可控性环路热管的蒸发器的热量平衡在文献【1】中有详细的叙述，这里不在作讨论。

本文主要关心的是液体在流动时的热平衡问题。

图表1描述的是环路热管的热平衡上图显示了温度控制里面的热平衡组分，此图表的右边是不同的环路热管组成部分。

在环路热管中，高温在蒸发器中的应用有两种方式：1、主要部分热量由蒸馏器芯表面蒸发引起，记作Q EV。

2、高温通过轴芯和液体传到补偿室内，记作Q PEN。

Q LHP=Q EV+Q PEN=m*l+（T1-T5）/(R*EV-CC) (1)m—表示在LHP中流动的液体质量T1=Ts-蒸发器的饱和温度（见表1）T5—液体在蒸发器的核心温度。

这是古典LHP补偿室的温度。

如果环路热管被设定和适当改变时，T5常位于饱和曲线上。

R*EV-CC—蒸馏器芯的热敏电阻，考虑到芯是密封的，通常液体逆流的温度同过蒸馏器核芯的两端泄露[1]。

热管技术

高温热管
高温热管的应用：高温热管换热器
高温热管
高温热管换热器的优点：传热性能好：热管换热器任意一个腔体内的流动都是垂直外掠流动，而且两个腔体内的流形很容易实现纯逆流流动，可以在不改变冷、热流体入口温度的条件下，增大平均温差，提高传热效果。冷、热流体两侧的传热面积可以自由扩展。传热面局部破坏时，能确保两流体彼此不渗混合。

脉动热管
脉动热管： Pulsating Heat Pipe（PHP），也叫振荡热管（Oscillating Heat Pipe，OHP）将管内抽成真空并充入部分工质后,由于管径足够小, 管内将形成不均匀分布的汽柱和液柱。在蒸发端，工质吸热产生汽泡，气泡膨胀升压推动液柱和汽柱从蒸发段流向冷凝段，汽柱到冷凝段后遇冷收缩并破裂，被冷凝成液体。在压差推动下，冷却液体从冷凝段回流到蒸发段，从而实现热量从热端到冷端的传递。
渠氏热管

渠玉芝发明的渠氏超导热管技术，被国外称之为“渠氏理论传热技术”，已应用于我国的部分炼油厂、钢铁厂的余热回收、电脑CPU的散热器、青藏两路冻土地带的路基加固处理等方面，其传热和节能效果十分明显，已引起国外关注。
渠氏热超导管与上世纪60年代发展起来的常规热管完全不同。常规热管是靠管内介质液态和气态的相变传递汽化潜能，它受到温度和循环相变速度的限制，有热损，寿命也不高；而渠氏热超导管的传热介质是由多种无机元素组成，在外因热的激发下利用微粒子的高频率振动（每秒2亿次以上）传递热量，无相变，热阻为零，故称为热超导。
脉动热管

脉动热管可以作为一种高效的导热元件广泛应用于电子元器件冷却，如下图用于冷却多芯片模块的脉动热管散热翅和用于cpu散热的无风扇散热器。

环路热管的应用

环路热管的应用郭舜米珉曹剑锋苗建印（空问飞行器总体设计部，北京１０００８６）摘要环路热管是毛细驱动、相变传热家族的又一成员。

该项技术近年采备受重视，发展迅速．本文简要介绍这项技术在航天、航空热控应用中的若干情况．主题词环路热管毛细抽吸力毛细芯ＬＨＰ防结冰ｌ引言环路热管（ＬＨＰ）是７０年代初由前苏联乌拉尔技术学院（ＵＰＩ）的Ｙｕ．ＥＭａｉｄａｎｉｋＹｕＥＧｅｒａｓｉｍｏｖ等人提出的ｉｌｌ，只是近年来与航天应用相结合。

才得到迅速发展。

ＬＨＰ概念近似于ＣＰＬ。

当工质选择适当，芯结构设计合理时，其传热能力可达５０ｋＷ．ｍ以至更高。

ｔ２１ＬＨＰ最主要的特点就是其蒸发器芯结构的毛细抽吸力极强。

这个克服１９Ｆ的重力压降、平衡系统细长汽液管道的阻力以及其它阻力的毛细力，是其应用优势的基础。

但是，由丁．比起热管来，它结构较为复杂；比起毛细抽吸两相环路系统（ＣＰＬ）来，它不能承受很大功率和结构规模。

所以目前的应用尚以在特定需求为主。

这些需求，一是热量在重力场中传递需要克服重力压差的场合，包括航天器在地面试验时的情况；二是需要控制仪器、设备温度水平及其波动范围的情况；三是热源和热沉之间需柔性连接的情况。

这第一和第三种情况用常规热管是无法解决的。

本文介绍若干实际用例，用以帮助对这ＬＨＰ技术应用方面的了解。

２ＬＨＰ的应用ＬＨｐ最早的应用是俄罗斯在Ｇｒａｎａｔ飞船上进行的空间飞行试验（１９８９年），考验其在微重力条件下长期工作的能力和可靠性，取得了成功。

１９９４年俄罗斯又在Ｏｂｚｏｒ空间飞船上应用３组ＬＨＰ，参与温控，取得成功。

之后，１９９７年，美国分别在ＳＴＳ－－８３、ｓＴｓ一８７和ｓＴｓ一９４上进行ＬＨＰ的飞行试验，考验了ＬＨＰ的长期在轨工作能力。

１９９９年，中国风云一１（０２）应用了从俄罗斯引进的３套ｕ｛Ｐ，用于镍镉电池的温度控制，结果良好。

我国研制的ＬＨＰ近期业已安装到飞船的热控试验船上，准备进行地面环模考验。

下面介绍几个国外应用实例，以求对ＬＨＰ的应用有比较具体的了解。

深冷环路热管超临界启动实验研究

ｅａｏａｏｖｐｒｔｒ，ｔｕｃｅｈｔｒ— ｐｐｏｅｓｗａｄｅｈｅｑｉｋｒｔｅｓａｔｕｒｃｓｓａｄｄ．ＦｒａｓｅｉｉｏｆｇｒｔｏｆｔｅＣＬｏｐｃｆｃｃｎｉｕａｉｎｏｈＨＰ，ｔｒｓａｈｅｅｉｎ
ｓｃｎａｙｅａｏａｏｏｒｆｒｔｅｐｉａｖｐｒｔｒｔｅｐｉｄ．Ｔｈｉｈｒｔｅｐｗｅｎｔｅｓｃｎａｙｅｏｄｒｖｐｒｔｒｐｗｅｏｈｒｍｒｅａｏａｏｏｂｒｍｅｙｅｈｇｅｈｏｒｏｈｅｏｄｒ
ＡｂｓｒｔＢｅｏｅｃｙｇｎｃｌｏｅｔｐｐｐｒｔｓｔｅｗｏｋｎｕｄｉｎｓｐｅｃｉｉａｏｄｉｏｔａｃ：ｆｒｒｏｅｉｏｐｈａｉｅｏｅａｅ，ｈｒｉｇｆｉｓｉｕｒｒｔｃｌｃｎｔｎ．Ｉｌｉｎｏｄｒｔｎｕｅｔｅｓｃｅｓｕｔｒｕｆｔｅｐｉｒｖｐｒｔｒｈｉｕｄｗｏｋｎｌｉｕｔｐｉｈａ — ｒｅｏｅｓｒｈｕｃｓｆｌｓａｔｐｏｈｒｍａｅａｏａｏ，ｔｅｌｑｉｒｉｇｆｕｄｍｓｒｍｅｔｅｃｐｙ
摘
要：深冷环路热管（ＬＰ在正常工作之前，个回路内工质处于超临界状态。通过对毛细ＣＨ）整
芯在液体工质中良好的浸润，保证主蒸发器顺利启动。研究了从储气室位置、副蒸发器功率以及充装压力等影响超临界启动的因素对ＣＨＬＰ超临界启动过程的影响。结果表明：气室的两种接入位置储

热管应用

高温热管
高温热管是指工作温度大于750K的热管，其工质主要是液态金属，如钠、钾和锂。当热管运行温度高于1400K时，可选用钡、锶、钙、铅等。目前高温热管工质中技术成熟、应用广泛的主要是钠和钾。高温热管工质使用温度的上限取决与相应的饱和蒸汽压力，压力对热管的强度具有决定性的影响。
渠氏热管
渠氏热管的应用: 集成电路芯片以及一些电子元件尺寸日小，而热扩散需要日高，渠氏热超导管能很好满足尺寸小、传热速率大且热效率高的要求；大、中、小型加热系统的余热回收工程可有效节约能源；各种形式的锅炉和余热锅炉，热效率在95%以上；发电和输、配电中的循环水加热系统，电磁铁芯和高功率控制元件的冷却，核能发电的过热量处理和应急冷却；太阳能集热器和地
脉动热管
脉动热管可以作为一种高效的导热元件广泛应用于电子元器件冷却，如下图用于冷却多芯片模块的脉动热管散热翅和用于cpu散热的无风扇散热器。
径向热管
热管工作介质沿热管轴向流动时沿轴向传递热量，这种热管称为轴向热管，而径向热管的工作介质是沿热管径向流动沿径向传递热量。
有吸液芯径向热管
渠氏热管
主要特点：适应温度范围宽。可在- 100～1300℃范围内工作。传热速度快,热载能力大,传热效率大于100% , 也就是说热阻为“零”。这种特点在当今热管技术中是空前的。无相变热管在外型结构上与钢—水型普通热管一样,都是真空的。所不同的只是内部充填的无机工质为无机物,是无相变传热。沿轴向的温度分布奇特，距热源远端的温度比近端还高；
径向热管
径向热管因为将冷凝段臵于蒸发段中，使得冷却段进出口流速易于调节，且蒸发段内充液率可变，使得壁温控制易于实现。

平板式小型环路热管的实验研究

ｒｓｓａｅｏｈｅｉｔｎｃｆｔｅｗｈｏｅｈｅｔｐｐｉｓｂｔｅ５ ℃ ／Ｗｎ４ ℃ ／Ｗｏａｏｄｓｉｈａｇｆ２０Ｗｔ４．ｌａｉｅｌｅｅｗｅｎ２．８ａｄ０．４ｆｒｈｅｔｌａｎｔｅｒｎｅｏｏ１０Ｗ
第３２卷第４期
２１０１年４月
宇航学报
ＪｕｎｌｆＡｓｒｎｕｉｓｏｒａｔｏａｔｏｃ
Ｖｏ．２１３Ｎｏ．４
Ａｐｒｌｉ
２０１１
平板式小型环路热管的实验研究
陈彬彬，刘伟，刘志春，杨金国，李欢
ＥｘｅｉｅｔｌＳｕｙｏｉｉｔｅＬｏｐＨｅｔＰｉｔｐｒｍｎａｔｄｎＭｎａｕｒｏａｐｅｗｉｈ
ＦｌｔＰｌｔａｏａｏａ－ａｅＥｖｐｒｔｒ
ＣＨＥＮｎ— ｎ，ＬＵｉＢｉｂｉＩｗｅ，ＬＩＺｈ — ｈｎ，ＹＡＮＧｉｇｏ，ＬａＵｉｃｒｏｐＨｅｔＰｐｍＬｓｒｃ：ｎａｕｅＬｏａｉｅ（ＨＰ）ｗｉａｄｓｈｐｄｅａｏａｏｉｉｎｉｎｏ４ｍｍｉｉｍｅｅｔｆｔｉｋｓａｅｖｐｒｔｒｗｔｄｍｅｓｏｆ７ｎｄａｔｒｈｉｈ
重力辅助启动时的壁面温度。在保证系统启动的工质裕量前提下，少工质充灌量有利于降低蒸发器壁面温度。减ｍＨＬＰ运行存在低热负荷区和高热负荷区，低热负荷区，发器和补偿腔温度随着热负荷的增加降低；高热负荷在蒸在区，发器和补偿腔温度随着热负荷的增加升高。蒸关键词：环路热管；平板式蒸发器；启动；热阻；充灌率

应用于新型环路热管的两相引射器数值模拟

应用于新型环路热管的两相引射器数值模拟
周尧;杨小平;倪一程;刘继平;魏进家;严俊杰
【期刊名称】《化工学报》
【年(卷),期】2024(75)1
【摘要】环路热管是一种高效被动式相变传热装置,广泛应用于高热流电子器件散热等领域。

前期研究发现将小型两相引射器与平板式环路热管耦合,可大幅提高传热性能。

然而,小型两相引射器内部流动及传热机理尚不清晰,难以对新型环路热管进行正向设计与理论建模。

通过数值模拟研究了汽水参数和混合腔结构对两相引射器性能及内部流场分布的影响。

结果表明,喉部下游存在凝结激波,随着背压增加,其位置逐渐向喉部移动;其强度与背压、蒸汽产量、混合腔长度呈正相关,与水温呈负相关。

引射器最大工作背压在40~125 kPa,与蒸汽产量和水温呈正相关,与混合腔长度呈负相关。

通过大量模拟,得到了设计功率下水温和混合腔长度对引射器工作模式和压比的影响规律。

【总页数】11页(P268-278)
【作者】周尧;杨小平;倪一程;刘继平;魏进家;严俊杰
【作者单位】西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室;西安交通大学化学工程与技术学院;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.采用两段式引射器的跨临界CO2两相流制冷系统性能的数值模拟
2.经典引射器与双射流引射器的数值模拟对比研究
3.被动式引射器内两相流数值模拟
4.环形引射器两相流动数值模拟
5.两相流引射循环系统实验研究及引射器性能数值模拟
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环路热管工作原理

环路热管工作原理
环路热管是利用液体的相变来传递热量的装置。

它由一个密封的管道系统组成，内部充满了工作介质。

管道系统通常包括一个蒸发器段和一个冷凝器段，并通过毛细及重力力量来使工作介质循环。

工作原理如下：
1. 蒸发器段：当环路热管与热源接触时，热源散发的热量使蒸发器段内的工作介质蒸发，从液态转化为气态。

蒸发器段内设置有蓄热结构，可以增大热管蒸发段的蓄热能力。

2. 毛细力作用：由于蓄热结构，蒸发器段内的温度梯度会导致液态工作介质向冷凝器段移动。

毛细力使液态介质从蓄热结构周围的低温区域移动到高温区域，这一过程称为“毛细吸液”。

3. 冷凝器段：当液态工作介质到达冷凝器段时，冷凝器内的冷却介质会吸收热量，将工作介质从气态转化为液态。

这一过程释放出的潜热会被传递到冷却介质中。

4. 重力作用：重力作用使冷凝后的液态工作介质沿着热管内壁下降到蒸发器段，形成循环。

重力和毛细力的综合效应保证了工作介质的循环过程。

通过上述循环过程，环路热管实现了热量的传递。

它具有高导热系数、快速响应、均温性好、无需外部动力等优点，被广泛应用于电子器件散热、航空航天、医疗仪器、能源系统等领域。

环路热管用吸液芯的研究进展及探讨

李志威,孙健,王罗坚,杜海权(景德镇陶瓷大学，景德镇333403)对主流的几种环路热管吸液芯的研究进展进行了阐述，在当前研究基础之上，从吸液芯的孔隙结构、孔隙率、渗透率等方面出发讨论了Al2O3多孔陶瓷作为环路热管吸液芯的可行性，并对其今后的研究方向进行了展望。

吸液芯；Al2O3多孔陶瓷1前言环路热管（Loop Heat Pipe，LHP）是一种利用工质相变传递热量的高效被动散热装置，在高热流密度电子器件散热和航天器热控及陶瓷窑炉的余热利用等领域有广阔的应用前景，通常由蒸发器、冷凝器、气液管线和补偿腔五个部分组成，并且补偿腔是和蒸发器耦合在一起的[1,2]。

吸液芯作为LHP的核心元件，其具有的毛细力为系统的运行提供驱动力，同时也为工质的相变提供了空间。

因此，LHP的性能与吸液芯有着密切的联系，引起了许多专家和学者的关注与研究[3-5]。

聚合物芯[6]、金属网芯[7]、金属粉末烧结芯[8-9]及陶瓷芯[10]等多种吸液芯运用于LHP中的研究也是络绎不绝。

本文对环路热管吸液芯几种主要类型的研究进展进行了详细的阐述，并对多孔陶瓷作为吸液芯的可行性进行了讨论。

2吸液芯的研究进展吸液芯通过自身的孔隙结构为整个环路热管系统提供动力，图1所示为比较多见的几种吸液芯结构示意图。

从图中可以看出，洗液芯的结构大致可分为沟槽式吸液芯、网状式吸液芯以及粉末烧结式吸液芯三种。

,男,江西赣州人,1997年生,硕士研究生,主要从事强化传热及其高科技应用,Email:*****************;,男,1973年生,博士,教授。

Email:****************。

本项目由景德镇陶瓷大学研究生创新资金资助(JYC202001)s Reserved.三种结构各有优劣，沟槽式的结构使得冷却介质在其中的流动阻力不大也增加了吸液芯的渗透率但同时槽式结构削弱了吸液芯的抗重力能力。

唐恒等通过表面化学处理结合犁切-挤压的方法制备了一种新型沟槽吸液芯，并比较了是否进行吸液芯表面化学处理对吸液芯性能的影响，实验结果表明经行表面处理对于提升吸液芯的毛细压力是有利的，并且表面化学处理溶液Cu Cl 2的浓度在一定范围内，浸泡时间和溶液浓度对毛细压力是有一定影响的[14]。

乙烷温区低温环路热管设计与实验

ｈｅｔｐｐａｉｅ，ａｓｌ－ｅｉｎｄｐｏｏｙｅｃｙｇｎｃｌｏｈａｐｗａｄｏｃｒｙｏｔｈｅｅｅａｔｘｅｉｅｆｄｓｇｅｒｔｔｐｒｏｅｉｏｐｅｔｐｉｅｓｍａｅｔａｒｕｔｒｌｖｎｅｐｒ— ｍｅｔ．Ｔｈｘｅｉｎａｅｕｔｈｗｈａｈｅｃｏｅｉｏｐｈａｉｅｃｎａｃｍｐｉｈｔｅｔｍｐｒｔｒｅｎｓｅｅｐｒｍｅｔｌｒｓｌｓｏｔｔｔｒｇｎｃｌｏｅｔｐｐａｃｏｌｓｈｅｅａｕｅｄ — ｓｙｃｅｓｎｒｃｓｎｄｓａｔｐｕｄｒ０．ｒｖｏｒｈａｈｉｈｅｔｈａｒｎｓｅａａｉｆ１ｎｒａｉｇｐｏｅｓａｔｒｕｎｅ７Ｗｄｉｅｐｗｅ，ｓｔｅｈｇｓｅｔｔａｆｒｃｐｃｔｏＷｉｙ２ｒｎｉｇａｄｈｓｔｅｍｉｉｕｔｅｍａｅｉｔｎｅｏ１Ｗｕｎｎｎａｈｎｍｍｈｒｌｒｓｓａｃｆ１．Ｋ／４ｗｈｅｕｎｉｔ９Ｗ．ｎｒｎｎｇａ
Ａｂｓｒｃ：ｎｏｄｒｔｎｖｓｉａｅｔｅｓａｔｐａｒｉｇｈｒｃｅｉｔｃｆｔｔａｅｃｙｇｎｃｌｏｔａｔＩｒｅｏｉｅｔｇｔｈｔｒｕｎｄｗｏｋｎｃａａｔｒｓｉｓｏｈｅｅｈｎｒｏｅｉｏｐ
环路热管是一种高效的两相传热设备，有传输具能力大、距离远、间布置更加灵活等特点。随着低空温制冷机和深空探测技术的不断发展，温环路热管低作为热控设计中一种重要的设备，已经在美国开展的多个空间任务中成功地进行了飞行测试，结果证明了其在空间应用中的可行性与可靠性。。由于使用场合的限制，温环路热管（ｒｏｅｉ低ｃｇｎｃｙｌｐｈａｐｅＣＨ）用于小冷量传递，对传热ｏｅｔｉ，ＬＰ常ｏｐ但

环路热管工作原理

环路热管工作原理环路热管是一种基于传热原理的热传导器件，主要由热源端、冷端和循环管组成。

它利用液体在低温区蒸发、高温区凝结的特性，通过液体的相变过程来传导热量。

环路热管具有高热传导效率、长传热距离、可靠性高等优点，广泛应用于航空航天、电子设备、光学仪器等领域。

环路热管的工作原理可以简单概括为：热源端的热量使液体在热管内蒸发为蒸汽，蒸汽通过循环管传输到冷端，在冷端的散热器上凝结为液体，然后通过毛细力效应返回热源端，形成循环往复的热量传递过程。

具体来说，环路热管内部由多个纵向平行的毛细管组成，这些毛细管起到传导液体和蒸汽的作用。

当热源端的温度升高时，液体在毛细管中受热蒸发为蒸汽，蒸汽在热管内部产生压力，使得蒸汽向冷端方向流动。

在循环管的作用下，液体蒸发后的蒸汽被迫通过循环管流动到冷端。

在冷端的散热器上，由于温度低于液体的饱和温度，蒸汽开始凝结为液体，释放出大量的潜热。

这样，热量就从蒸汽中转移到了散热器上，通过散热器的散热而被冷却。

凝结后的液体由于重力和毛细力的作用，沿着内壁返回热源端。

液体在返回热源端的过程中，通过与热源接触，吸收了热量，再次被加热蒸发为蒸汽。

环路热管的工作原理可以看作是一个封闭的热力循环系统。

液体在热源端受热蒸发后，通过循环管流动到冷端，在冷端的凝结散热器上释放热量，然后通过重力和毛细力的作用返回热源端。

这个循环不断重复，使得热量得以持续传递。

环路热管具有很高的热传导效率，这是由于液体蒸发和凝结相变过程中释放和吸收的潜热很大，使得单位质量的液体能够传递较大的热量。

同时，热源端和冷端之间的距离可以很远，因为液体的相变过程能够弥补传热过程中的温度梯度。

此外，环路热管的结构简单，可靠性高，不需要外部能源供给，适用于各种恶劣环境。

环路热管是一种基于液体相变传热原理的热传导器件，通过液体的蒸发和凝结过程来传递热量。

它具有高热传导效率、长传热距离和可靠性高等优点，被广泛应用于各个领域。

随着科技的进步和应用需求的增加，环路热管在未来的发展前景将更加广阔。

环路热管工质充装量对启动性能影响的实验研究

实验研究发现，工质的充装量对环路热管的正常启
动也有着相当大的影响。对同一套环路热管分别充装了３不同质量的种
工质，对启动的物理过程进行了详细的描述和解释。
以相对比较好启动的气液分布启动（第四种气液分布图１蒸发器、储液器和冷凝器的结构环路热管能够自启动，不需进行任何预处理，但是自启动并不意味着立即启动拉，启动可能持续较长时间，蒸发器温度也会升高甚至超过仪器允许的温度范围。文献乜对环路热管的启动进行了实验研究，Ｍａａｉｉｎｋ等人口ｄ最先在实验中观察到了４
），这种启动方式的特点是蒸汽槽道和液体干道内都存在气体，能在加热初期就在毛细芯内外侧都发生
蒸发。因此，这种气液分布在外部热载荷加入时能立
即进行驱动系统正向循环，系统能够启动开
始后逐渐过渡到稳态，而不合适的充装量则可能会造
成系统启动过程困难甚至失效。因此，工质充装量也是影响环路热管性能的一个很重要的因素。
种不同气液分布的启动现象，并发现蒸汽槽道充满液体而液体干道存在蒸汽是最难的启动情形。Ｋｕ
乜一
，
Ｐｒｅ１和Ｃｅｎｂａｋｒ）ｈｕｇ等人对这４种气液分布情高度但未
垣 ’ 勘测与设计五
环路热管工质充装量对启动性能影响的实验研究
陈懿
（中铁第四勘察设计院集团有限公司城建院武汉４０６）３０３
【摘
要】通过大量的实验研究了环路热管工质充装量对启动性能的影响。给出了系统温度变化曲线

环路热管换热系数

环路热管换热系数是用来描述环路热管在传热过程中的效率的一个参数。

换热系数通常用W／(m^2·K)表示，表示单位面积内的传热功率与温度差之间的比值。

环路热管的换热系数受到多种因素的影响，包括热管材料的热导率、管壁的材质、内部工质的性质以及传热的工况等。

一般情况下，环路热管的换热系数会受到热管长度、外界环境温度和换热面积等因素的影响。

换热系数的计算可以通过实验测量获得，也可以通过理论计算或数值模拟来估算。

在实际应用中，通常会结合实验结果和理论计算以得到更准确的换热系数。

需要注意的是，环路热管的换热系数是一个相对较高的值，相较于传统的传热方式（如导热、对流、辐射等），环路热管具有更高的换热效率和传热能力。

环路热管研究

北京航空航天大学2014－2015学年第一学期现代飞行器环境控制新技术班级 SY*****班学号 SY*******姓名_ _武飞_ _成绩 ____ ___航空科学与工程学院二零一五年一月二十六日环路热管1. 基础知识 (3)1.1 传统热管简介 (3)1.1.1 传统热管的工作原理 (3)1.1.2传统热管的优点与局限 (4)1.2 环路热管简介 (5)1.2.1 系统构成与工作原理 (5)1.2.2 部件介绍 (7)1.2.3 工质选择 (9)2. 国内外研究现状 (10)2.1 环路热管的实验研究 (10)2.2 环路热管的理论建模 (12)3. 关键技术 (13)4. 主要研究内容 (15)5. 结论 (15)6. 参考文献 (17)环路热管1. 基础知识1.1 传统热管简介1.1.1 传统热管的工作原理图1.1给出传统热管的结构示意图，沿管长方向依次为蒸发段、绝热段和冷凝段。

传统热管利用工质的蒸发和凝结来传递热量，液体工质在蒸发段吸热蒸发，产生的蒸气沿热管中心蒸气通道经绝热段流至冷凝段冷凝放热，凝结的液体在毛细芯产生的毛细压力作用下经毛细芯从冷凝段回流至蒸发段，如此循环，实现热量从热源至热沉的高效传输，而无需外加动力。

图1.1 传统热管示意图图1.2 毛细压力驱动工质循环毛细压力是热管内工质循环的驱动力。

如图1.2所示，在热管的蒸发段，液体不断从毛细芯表面蒸发变成蒸气，致使气液界面的曲率半径逐渐减小，气液界面两侧的压差e p ∆相应增大；而在冷凝段，蒸气不断在毛细芯表面凝结变成液体，致使毛细孔内的气液界面趋于一个平面，曲率半径c R 不断增大，气液界面两侧的压差c p ∆相应减小。

毛细芯提供的毛细压力capp ∆可表示为： r r R R p p p c e c e c e cap θσθσσσcos 2cos 222-=-=∆-∆=∆ （1.1）工质在热管内循环的压降主要包括蒸气从蒸发段流向冷凝段的压降v p ∆，液体从冷凝段回流至蒸发段的压降l p ∆以及重力对液体流动引起的压降g p ∆（蒸发器位于冷凝器下端蒸气流向回流方向热源热沉蒸发段绝热段冷凝段时，重力辅助液体回流，此项为负值；蒸发器位于冷凝器上端时，重力阻碍液体回流，此项为正值）。

功能梯度毛细芯及其环路热管实验研究

功能梯度毛细芯及其环路热管实验研究环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)是一种高效的两相换热装置,因其独特的结构和性能优势逐渐成为高热流密度电子元器件散热的前沿技术。

而随着环路热管的小型化发展,环路热管的热泄漏问题逐渐受到研究者们的重视。

毛细芯是影响环路热管换热性能的关键部件,提供了蒸发换热表面和工质循环的驱动力。

毛细芯连接蒸发器和补偿器,其有效导热系数的分布是决定环路热管热泄漏问题的关键因素。

为降低通过毛细芯向补偿器的热泄漏,本论文基于平板型环路热管,研制了沿工质流动方向有效导热系数递变的功能梯度毛细芯,通过实验方法研究了毛细芯有效导热系数递变对毛细芯和环路热管性能的影响。

主要研究内容包括:1.设计制备了一批沿工质流动方向有效导热系数递变的一体化功能梯度毛细芯,调整不同有效导热系数毛细芯层的厚度比,探索了以镍(Ni)和聚四氟乙烯(PTFE)为材料的毛细芯烧结工艺;2.对功能梯度毛细芯进行了基本参数和性能参数的实验表征。

采用浸泡介质法测定了毛细芯的孔隙率均在48.64%左右;使用扫描电子显微镜观察了毛细芯的孔径结构和形态,并使用压汞法测量了 Ni毛细芯和PTFE毛细芯的孔径分布,结果显示Ni毛细芯孔径分布较为集中,而PTFE毛细芯表现出了典型的双孔径毛细芯的孔径分布特点;使用稳态法测量了毛细芯的有效导热系数,结果显示Ni毛细芯的有效导热系数较PTFE毛细芯有效导热系数大。

传质抽吸实验结果表明当工质为无水乙醇时,Ni毛细芯有更好的抽吸传质性能,但功能梯度毛细芯的抽吸传质性能与毛细芯层厚比没有明显的线性关系。

此外,功能梯度毛细芯的蒸发传热性能测试结果显示功能梯度毛细芯的蒸发传热性能好于单一有效导热系数毛细芯。

3.设计了一种可拆卸替换毛细芯的环路热管蒸发器并制造了相应的环路热管,实验研究了不同功能梯度毛细芯对环路热管启动性能和变工况运行性能的影响。

实验结果显示部分功能梯度毛细芯环路热管可以有效改善热泄漏问题,降低启动时间和系统的运行温度,并抑制环路热管的温度波动问题。

国内外研究
目前, 世界上环路热管的研制尤以美国和俄罗斯等空间大国为主。不过，目前比较活跃的研究组织有如下一些：俄罗斯Ural Branch of the Russian Academy of Sciences的Institute of Thermal Physics，该研究所的LHP是Yu.F. Maydanik博士亲自在主导，前期他们课题组主要研究LHP在太空中的应用，其蒸发器为圆柱型，尺寸较大，开发很多著名的太空热解决方案；目前他们课题组转向了开发应用于传统PC产业的芯片冷却方面，由于芯片冷却行业要求结构紧凑，总热阻低的特点，所以他们开发了小型平板式LHP，不过目前从他们课题组发表的论文来看，其性能还不能应用到PC产业。美国的NASA，美国NASA开发LHP有很多的人才，其中较为活跃的有一位是NASA Goddard Space Flight Center的 Jentung Ku (古仁栋) ，他发表了一些很有名的LHP和CPL文献，在LHP领域其论文的引用频率大概与Yu.F. Maydanik博士一起排在前两名。如上这两个国家都已经形成了从研究设计到开发制作,从组装测试到运行检测的一整套成熟的环路热管研发体系。在我国, 由于环路热管的高成本和高技术含量, 主要限于在航空航天系统的应用; 微电子系统中环路热管散热系统仍处在进一步完善阶段, 除了台湾, 大陆地区只有中国空间技术研究院等可数的几个单位可以成规模制造, 供实验研究的热管部分来自国外研究院所或科研公司；航天部门做CPL的代表人物是候增祺教授；而高校的研究所（浙江大学、

2.传送距离
毛细芯半径越小提供动力越大，但是半径越小液体流动阻力就越大，这就是一对不可调和的矛盾
当工质为水，且在低温状态下时，热管垂直布置，热量传送距离为

环路热管改善用于电作动器散热研究

中国民航飞行学院学报
ＪｕａｏＣｉｉＡｖａｉｎＦｉｈＵｎｖｒｉｏＣｈｎａｏｒｌｆｎｖｌｉｔｌｔｏｇｉｅｓｔｙｆｉ
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环路热管改善用于电作动器散热研究
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蒸汽槽道毛细／芯
传统热管是传热领域的 “ 导体 ” 。由于其超
在微重力条件下不受长度和方位的影响，所以在
航天领域已普遍应用，但是在飞机热量管理和环
良好的启动性能：热管工质一经充装就无需替换。
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中国民航飞行学院学报
ＪｕａｏＣｉｉＡｖａｉｎＦｌｈＵｎｖｒｉｏＣｈｎｏｒｌｆｎｖｌｉｔｏｉｔｇｉｅｓｔｙｆｉａ４９
图１热管的工作原理图
热管的传热性能好，已经在很多领域得到了
应用。与其他传热元件相比，热管具有很多优点：热管利用相变传热，蒸发段和冷凝段均处于饱和阶段，具有传热温差小的特点；热管是利用毛细力自动运行的，不需要附加动力装置：热管具有
其中，在飞行控制系统方面，电作动器取代
热管是一种具有很高传热性能的元件，它由管壳、毛细多孔材料和工作液体组成，典型结构

热管和环路热管结合用于卫星激光器冷却

热管和环路热管结合用于卫星激光器冷却
NASA计划发射的冰云土地高程卫星2#中包含一个先进地形激光测量系统。

该系统中包括两个不同时使用的激光器，每个激光器运行时将产生136W~196W的热量，且每个激光器需维持其温度在最佳运行温度±1℃。

对此NASA采用固定热导热管和环路热管组合构成激光热控系统。

热管的蒸发段与两个激光器接触，冷凝段与环路热管的蒸发器连接，激光器产生的热量通过热管传递给环路热管，再通过环路热管内工质循环将热量从蒸发器带到冷凝器，并通过辐射器向太空散热。

热控系统中热管和环路热管都采用氨作为工质。

NASA对该系统进行了地面试验，试验中使用模拟热源代替激光器，提供136W和196W热量；使用冷板代替辐射器，提供的冷却温度为-101℃和-78℃。

在储液器上布置有主动控温加热器，在负载136W时，控制储液器温度为+4℃/+5℃；在负载196W时，控制储液器温度为-2℃/-1℃。

试验发现重力环境和对储液器加热会使得环路热管工质流量和储液器温度发生波动，引起环路热管各处温度循环波动变化，液体管路工质回流和汽液质量流量不平衡。

且在大热流下，这种波动会加剧。

而波动一旦产生，系统很难自行将其消除。

启示
针对空间热控，无需外加动力，可靠性高，寿命长;利用工质汽化潜热传递热量，热传输能力强的环路热管是极具吸引力的热控方式。

但受圆柱形蒸发器所限，对安装位置有所要求。

采用热管与环路热管相结合，保持了被动热控系统的优势，指出了环路热管使用的新方案。

但环路热管温度波动的问题在使用过程中要加以规避。