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热管技术及应用[9]:环路热管构造

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发表于 2021-3-25 10:21:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    环路热管作为一种在航天器热控系统、航空及潜艇电子设备冷却中均有重要应用的被动式传热器件。它主要由蒸发器、储液室、汽线、液线和冷凝器等组成,如图1所示。与常规热管不同,环路热管内部并没有整体分布式毛细结构,而是仅依靠蒸发器中的毛细结构维持环路系统的运行,环路中携带有气液两相流体。环路热管刚提出时主要应用于空间环境条件下0.5~24 kW的高传热需求场合,而后发现其在地面环境热控也有应用潜力。经过多年发展,环路热管已发展出毛细泵驱回路热管和平板蒸发器型环路热管等类型。

1. 常规环路热管  
    在常规环路热管中,对蒸发器施加热载荷后,液态工质在蒸发器中充分浸湿后的毛细芯外表面蒸发,产生的蒸气从蒸气槽道流出进入蒸气管线,继而进入冷凝器冷凝成液体并过冷,回流液体经液体管线对蒸发器毛细芯进行补给,如此循环。这其中工质的循环由蒸发器毛细芯所产生的毛细压力驱动,无需外加动力。
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图1 环路热管运行原理图

2. 毛细泵驱回路热管
    与环路热管相似的还有如下图2所示的毛细泵驱回路,毛细泵驱回路首先由工作于NASA路易斯研究中心的stenger提出。尽管泵驱回路和环路热管的运行原理一致,补偿腔与蒸发器分离的结构差异还是造成了运行特性的不同。环路热管蒸发器的工作温度不像泵驱回路一样由储液罐设定温度决定,而是依靠蒸发器与液体补偿器之间复杂的能量与质量传递来维持平衡。相比于环路热管,泵驱回路的主要优势在于在较大的热负荷范围内,可以更好地调节器件地工作温度,实现精准控温的目的。
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图2 毛细泵驱回路运行示意图

3.平板蒸发器型环路热管
    随着电子设备小型化,出现了一种带有平板蒸发器的环路热管,具体结构如图3所示。相比于传统环路热管,相同大小的平板蒸发器型环路热管可以增大与发热器件接触面积,毛细芯受热更均匀,使其能够更好发挥环路热管的传热能力。平板蒸发器型蒸发器的温度梯度和工质流动的速度梯度夹角较小,从场协同理论的角度看,平板型环路热管比传统环路热管更有优势,这使其在高热流密度电子器件散热领域有着更大的潜力。
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图3 平板蒸发器型环路热管


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