科技成果——环路热管技术
先进环路热管技术
100W, 总热阻0.3 K/W， 散热器重量1.2kg
双冷凝器LED 环路热管自然对流散热器 0.6kg 6mm管路
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Power Electronics LHP 1000W-2000W 4组120风扇 6mm管路
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Loop heat pipes were first investigated and patented in the USSR in 1974 by Maydanik et al . The patent for LHPs was filed in the USA in 1985（俄罗斯科学家）.
Applications应用
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Desktop p LHP 90风扇，4mm管路
15CF M
不同散热技术之间优缺点比较
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。
环路热管技术
环路热管技术
环路热管是为适应布局、距离、反重⼒等环境⽽发展的⼀种新型热管系统，由蒸发器、储液器、制冷器以及⽓相管路和液相管路构成，利⽤封闭空间内流体的相变传输热量。
产品特点
具有单向热⼆极管特性
可实现⾼热流点对点传热
柔性管线，灵活布局，安装⽅便
传热能⼒⼤
传输距离远
反重⼒能⼒强
典型应⽤领域
环路热管已被⼴泛⽤于密闭箱体内热量的引出散热、⽤于解决⼤⾯积热源散热问题和4mm 的⼩空间散热问题，已成功⽤于嫦娥系列探测器、航空惯性部件散热、笔记本电脑显卡散热、可展开式辐射器、⼤功率LED和低温相机CCD控温等⽅⾯。
环路热管蒸发器毛细结构优化及其性能研究
环路热管蒸发器毛细结构优化及其性能研究随着现代电子科技产品更新换代速度的加快,电子产品的高效散热问题成为国内外许多科研人员的研究热点。
鉴于传统的单相流体对流散热方法已无法满足电子产品越来越高的散热要求,以热管(Heat Pipe, HP)为典型例子的相变换热技术逐渐登上舞台。
环路热管(Loop Heat Pipe, LHP)则是一种基于分离式热管技术而逐渐发展起来的新型热控技术。
蒸发器是LHP最重要的部件,而其中的多孔毛细结构(毛细芯)又是蒸发器的核心组成部分,LHP蒸发器中的毛细芯既是提供工质循环动力的重要来源又是组织整个LHP系统内部传热传质过程高效稳定进行的最为关键的部位,LHP蒸发器中的毛细芯结构也因此被视为整个传热系统的心脏结构。
本文从LHP蒸发器毛细结构的制备研究及性能改进入手,研究了毛细芯传热传质性能与LHP系统整体性能改善之间的关系。
文章首先通过结合粉末冶金技术及多孔材料制备技术,研究出一种通过添加可溶性盐为造孔剂的烧结毛细芯制备技术,并分析造孔剂与毛细芯的孔隙率、孔径及其分布等结构参数之间的影响关系；然后,研究了毛细芯孔隙率、孔径及其分布与其毛细抽吸性能、热物性参数之间的关系。
研究发现,采用溶盐造孔法成功制备出具有间隙孔和生成孔相互贯通的双孔隙形貌的LHP毛细芯；通过增加溶盐添加量可使毛细芯的孔隙率趋于线性增长,通过降低溶盐的粒度可获得孔径分布更为集中且平均孔径较小的毛细芯,使得毛细芯孔径正态分布曲线中的中值移向数值较小的一侧,但是毛细芯的开孔孔隙率基本不受可溶性盐颗粒粒度的影响；影响多孔毛细芯抽吸性能的不仅仅是孔隙率大小,孔径尺寸及其分布也是影响毛细抽吸性能的重要因素。
其中孔隙率越大,孔径越小且分布越集中,毛细芯的毛细抽吸性能则越优异。
另外,毛细芯的热物性不仅受孔隙率大小的影响,同样受孔径尺寸及其分布状态的影响。
其中导热系数随孔隙率的增加而降低。
相同孔隙率条件下,孔径较小且分布更加集中的毛细芯的导热系数值更小；毛细芯的热扩散率随着孔隙率的增加先增大后降低,随着孔径尺寸的减小以及分布状态更加集中,热扩散率则逐渐减小；毛细芯的干、湿状态同样影响其热物性参数,湿态毛细芯的导热系数值大于干态毛细芯所对应的数值,而热扩散率值所表现的规律则正好相反。
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）。
环路热管
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
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科技成果——环路热管技术
技术开发单位
中国航天科技集团公司北京空间飞行器总体设计部
技术概述
该技术依靠工质的相变实现高效的热传输。
液体工质在蒸发器中的毛细芯外表面蒸发，吸收热量，产生的蒸汽通过蒸汽管路流向冷凝器，在冷凝器中释放热量冷凝成液体，液体回流至储液器，对蒸发器进行供液，如此循环工作实现热量的无外加动力的高效传输。
用于嫦娥五号的环路热管
技术指标
单套传热能力200W-1500W，传输距离可达几十米，反重力高度大于10米，工作温区-60℃到80℃，极限热流密度大于30W/cm2。
技术特点
具有传热量大、传输距离远、反重力工作能力强、无运动部件、长寿命、高可靠、可自主控温、具有柔性管路、安装方便、可解决小
空间散热、大面积多热源散热等技术难题。
先进程度国内先进
技术状态小批量生产、工程应用阶段
适用范围
可应用于航天器热控、航空器环境控制、车载/舰船电子设备散热、数据中心散热、太阳能利用、台式机和笔记本电脑散热、LED散热、工业余热回收等行业和领域。
平板环路热管
专利状态授权发明专利6项，实用新型1项，受理专利6项。
合作方式许可使用、合作开发、技术服务
预期效益预期效益显著。