环路热管

毛细芯

烧结金属
金属网

沟槽
效果： 烧结金属>沟槽>金属网
冷凝器

蒸汽经蒸汽管进入冷凝器，放出热量冷凝成液体，液体在流出 冷凝器出口前会被进一步冷却至过冷。 目前对环路热管的研究主要针对空间应用，故冷凝器主要通过 辐射的形式向空间热沉放热。

储液器

1.保证启动时对毛细芯进行有效供液
2.适应运行中蒸发器上热载荷变化引起的气液分布变化
环路热管部件

1.蒸发器
2.冷凝器
3.储液器（液体补偿器） 4.气体、液体管线
蒸发器
蒸发器为环路热管的核心部件，实现从热源吸收热量和提供工质循环所需毛细力这两项主要功能
微重 力条
件
微重力条件下，液体干道内工质分布不均匀，一旦毛细芯的液体 干道产生蒸汽并堵塞了液体干道，储液器无法为毛细芯提供液体 会出现烧干现象。此时需使用副毛细芯（金属网）进行连接。
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、
环路热管特点

优点：
1.传热能力强：蒸发器内相变的热流密度可以达到10kW-100kW/㎡K,
传热能力能达到50kWm。 2.可以克服重力场，进行远距离传送热量。 3.热源和热沉之间可以柔性连接，管线布置更方便 4.精准的控温能力。

缺点：结构复杂，成本高
主要应用于航空航天领域，PC 产业的芯片冷却也有涉及但应用并不普及
环路热管是什么？

1.传热装置
追求高导热效率 ，利用相变过程中吸收和释放大量的热实现热传导

2.热管
（热传导：铜378 W/m℃ 热管局限性；某些情况的失效
相变：热管1500倍于铜的导热能力）

3.环路热管
热管（1963.美国）
典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内 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。
应用领域

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LHP，用于镍镉电池的温度控制，结果良好。

3.毛细芯的研究（传统芯体的优化设计，新型毛细芯的研制）
4.可视化研究
通过先进的仪器,透过非透明壳体进行成像; 一种是直接将蒸发器做成透明的, 通过摄像仪来观察

5.低温环路热管
日本从1987年发明低温环路热管,就一直致力于适用于不同低温范围的环路热管的研发。1991年研
制出了可以在 80 K液氮温区工作的环路热管, 1998年将这一低温温区进一步降低到 77K ~ 4K。
华中科技大学、北京航空航天大学）的研究情况从公布的实验数据表面基本上数据与美国和俄罗斯差距较大，不过
主要问题除了理论水平外，另外的客观问题可能在于没有解决制造出很好性能LHP的工艺水平
环路热管研究热点

1.环路热管启动特性研究
热载荷？气液分布？过载或微重力情况？

2.环路热管温度波动现象研究
在某些特定的运行工况下, LHP的工作温度很难达到一个稳定值,而总是在一个固定的温度范围内振荡
1.航空航天 空间辐射器
飞机防冰（对某涡轮风扇发动机计算表明，在爬高15000英尺情况下，从发动机引气来除冰，降 低发动机推力6.4%，而用LHP防结冰仅降低0.4%）

2.PC芯片
APPLE All-in-ONE设计 的95瓦环路热管散热器
TDP>100w，环路热管将是散热的唯一选择？

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
0.5米时，导热性能开始出现降低
环路热管诞生
1972，前苏联的Yu.F. Maydanik博士发明了第一根环路热管,长度为1.2m，工质为水，导热能力为1kW。
3.为冷凝器中流出的过冷液体预热
环路热管基础理论
1—半月面上的饱和蒸汽 3—进入冷凝器前的蒸汽
2—蒸汽槽道内蒸汽 4—冷凝后的饱和蒸汽
5—流出冷凝器时的过冷蒸汽
7—储液器中的液体
6—进入储液器前液体
环路热管的三个必要条件
工质的选择：水、氨水
环路热管分类
扁平蒸发器的环路热管
可逆式环路热管
具有控温阀的热管 微型环路热管
热管的动力——毛细力
毛细管插入浸润液体中，管内液面上升，高于管外，毛细管插入不浸 润液体中，管内液体下降，低于管外的现象。 毛巾吸水，地下水沿土壤上升都是毛细现象。
毛细力影响因素：液体、温度、毛细半径
毛细芯半径越小，毛细力越大作用越明显
热管的局限性

1.布置方向
重力场内方向的变化会改变热管的工作 性能（特别是蒸发器在冷Байду номын сангаас器上端工作） 当重力的作用大于毛细力作用时，就会 导致失效