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储热冷却[4]: 储热型重力热管

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发表于 2023-5-30 13:34:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
重力热管,又称两相闭式热虹吸管,由蒸发段、绝热段和冷凝段组成,其工作原理如图1所示。它利用工质的蒸发冷凝传递热量,且不需要外加动力,管内工作流体在蒸发段吸热蒸发,蒸气沿着管道上升至冷凝段,放热冷凝后的工作液体沿两侧管壁在重力的作用下回流至蒸发段,如此循环往复,实现热量的传递。相较于普通的毛细芯热管,重力热管没有吸液芯结构,仅仅依靠冷凝液自身的重力回流至热管蒸发段。因此,重力热管具有一定的方向性,即蒸发段必须置于冷凝段的下方。由于仅仅依靠重力完成管内循环,相较于其他热管,结构简单、成本低廉、传热性能优良。
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图1 重力热管原理图
在短时高热流情况下,仅仅使用重力热管时会出现温度过高情况。若在重力热管基础上嵌入固液相变材料(PCM),由于PCM大热容储热效应,能有效降低温度峰值并确保设备热源面的温度均匀性。因此,储热型重力热管克服了短时高热流作用下重力热管温度过高问题,并兼具PCM的高蓄热能力和热管远距离传输热量的优势,可实现间歇性热载荷的高效输运需求。储热型热管的工作原理如图2所示。在间歇热载荷工作阶段,重力热管内底部蒸发段内工作介质吸收外界热源的热量后蒸发,产生的蒸汽沿重力热管中心向上运动,在绝热段工作介质的热量蓄存在PCM中,放热后的工作介质在重力的作用下回流至蒸发段,未被冷却的蒸汽继续运动至冷凝段,放热冷凝后沿热管边壁回流。在非间歇热载荷工作阶段,通过在PCM外部设置风冷或水冷等冷却方式降温使得PCM恢复到初始固态。
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图2 储热型重力热管
综上所述,储热型重力热管结构简单、可靠性高,且传热性能优良,在应对激光武器等间歇性热载荷冷却需求显现出优越性。
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图3 储热型重力热管潜在应用

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