×

关注微信公众号

热管技术及应用[10]:旋转热管构造

[复制链接]
发表于 2021-4-6 00:33:54 | 显示全部楼层 |阅读模式

旋转热管的概念由Gray于1969年首次提出。从本质上讲,旋转热管是一种依靠离心力的分力使冷凝液回流到蒸发段的两相热虹吸管。该热管的典型特征在于热管自身为旋转件,可应用于电机转子、电动机及发电机转轴等旋转部件的冷却散热(如图0)。

图0.png

图0 旋转热管应用于旋转部件冷却

旋转热管不需要毛细吸液芯,其内部流体工质循环动力主要来源于离心力和重力,具有比普通热管更强的传热效能。根据热管中流体流动方向与旋转方向或离心力的相对关系,旋转热管可分为轴向旋转热管(图1a)或径向旋转热管(图1b)。

图1.jpg

(a)轴向旋转热管(b)径向旋转热管

图1 旋转热管

1. 轴向热旋转热管

在轴向旋转热管中,蒸发器和冷凝器在平行于旋转轴的方向上分开,因此离心力垂直于热管轴。液体流动由圆柱形热管中的离心力引起的薄膜中的流体静压梯度驱动。在中低速旋转热管中,离心力相对较小,冷凝器中积聚的厚液膜,弱化了冷凝器的传热性能。因此,有必要采取措施减小液膜厚度,以改善冷凝器部分的传热性能。根据不同的加固措施,轴向旋转热管分类为锥形旋转热管、阶梯旋转热管、曲线旋转热管和平行轴旋转热管。

(1)锥形旋转热管(图2a)在内表面上使用锥形,液体流由平行于液体流的离心力分量驱动,这增强了流体回流,减小了液膜厚度。

(2)阶梯旋转热管(图2b)使内腔做成阶梯形,缩短了必须由静水压力驱动的液体长度,从而减小了液膜厚度。

(3)曲线旋转热管(图2c)的几何形状是通过在同轴旋转冷凝器部分和离轴旋转蒸发器部分之间合并S形曲线来实现的。

(4)平行轴旋转热管(图2d)的中心轴偏离旋转轴有一定距离,在相同转速下产生更大的离心力,以增强流体回流。

图2.jpg

(a)锥形(b)阶梯(c)曲线(d)平行轴

图2 轴向旋转热管


2. 径向旋转热管

在径向旋转热管中,蒸发器和冷凝器在径向方向上是分开的,因此离心力平行于液体流,垂直于旋转轴,将液体冷凝物从冷凝器驱动到蒸发器。为了适应不同的应用条件,主要有旋转闭环脉动热管(RCLPHP)(图3a)和旋转热管砂轮(RHPGW)(图3b)。

图3.png


(a)旋转闭环脉动热管(b)旋转热管砂轮

图3 轴向热管

闭环脉动热管是一种弯曲成蜿蜒形状的长毛细管,管端在环形回路中相互连接,内部填充有工作流体。由于表面张力效应,工作流体以液体段塞和蒸汽塞的形式通过闭环脉动热管的通道分布。热量通过流体振荡从蒸发器区域传递到冷凝器区域。当流体在蒸发器中受热时,蒸发器中气泡的蒸汽压力增加,这导致一个力将液体段塞向冷凝器移动。当气泡到达冷凝器时,液体流回蒸发器。旋转闭环脉动热管利用离心力是增强内部流动传热,将工作流体从冷凝器部分返回或驱动到蒸发器部分,并提高总热导率。

热管砂轮的工作原理是在不锈钢砂轮基体中加工出一个环形槽,将环形槽制作成热管,蒸发段与冷凝段沿砂轮径向分布,蒸发段靠近砂轮的磨削区域,冷凝段则远离弧区,砂轮旋转时,热管内的液态工质在离心力的作用下均匀分布在热管蒸发段内壁面,形成一层薄薄的液膜。砂轮进行磨削时,弧区的热量通过基体导热传递至热管蒸发段,液膜会热迅速汽化,携带着潜热在流向冷凝段,到达冷凝段后快速凝结为液态并向外界释放出热量。凝结后的液体工质在离心力的作用下沿壁面回流至蒸发段重新参与换热。


回复

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则

快速回复 返回顶部 返回列表