铝-氨槽道热管的制造及传热特性分析

摘要

轴向槽道热管是航天领域应用最多的一种热管，这种热管以管内轴向开出的不同尺寸形状的微槽道来提供毛细力，可实现微重力条件下工作。更重要的是，槽道的加工制造工艺简单，灵活性、可靠性高，在空间应用中有极其重要的意义。
　　 “Ω”形轴向槽道热管是异形槽道热管的代表，其特有的槽道窄缝有效减弱了蒸汽逆向流动对微槽内液体流动的阻碍，降低了导热热阻，提高了热管的传热性能，表现出优越的导热等温特性，在航天热控系统，微电子元器件散热等领域具有广阔的发展前景。
　　 本文研究并掌握了热管的加工制造工艺。通过对铝-氨热管制造各环节的研究改进，总结出了较为完备的设计方案。包括管材的清洗步骤，端头的加工尺寸及灌装系统，提高了焊接的成功率，积累了热管的加工制造经验。
　　 通过对热管工作原理的分析，建立换热模型，求出换热各过程热阻，得到影响热管换热性能的因素。实验测定不同长度，不同充液率热管在不同加热功率、冷却强度、工作倾角下，热管总热阻、蒸发段和冷凝段传热系数、热管当量导热系数的变化规律，为以后该类型的热管在各领域进一步地广泛利用起到一定的借鉴作用。

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CONTENTS

图表目录

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符号说明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的背景和意义

1．2 热管的工作原理与特点

1．3 热管的分类

1．4 热管的发展历史及研究现状

1．5 我国热管研究现状

1．6 本课题的主要内容

第二章 “Ω”形轴向槽道热管设计与制造工艺

2．1 热管材料的选取

2．1．1 热管的工作介质

2．1．2 热管的管壳

2．1．3 热管端盖

2．1．4 热管槽道

2．2 热管制造工艺

2．2．1 机械加工

2．2．2 清洗

2．2．3 组装焊接

2．2．4 检漏

2．2．5 灌装

2．2．6 充液管剪断与封装

2．2．7 性能检验

2．3 本章小结

第三章 槽道热管传热理论分析

3．1 Cotter理论

3．1．1 Cotter理论的基本内容

3．1．2 Cotter的热管模型和主要结论

3．2 热管传热极限的分析

3．3 热管传热极限的计算

3．3．1 热管截面尺寸

3．3．2 热管的声速极限

3．3．3 热管的沸腾极限

3．3．4 热管的携带极限

3．3．5 热管的毛细极限

3．4 氨气特性参数及传热极限计算结果

3．5 热阻分析

3．5．1 传热模型

3．5．2 计算结果及分析

3．6 本章小结

第四章 Ω形轴向槽道热管性能测试

4．1 实验目的

4．2 实验装置

4．2．1 实验段

4．2．2 加热系统

4．2．3 冷却系统

4．2．4 温度测量和数据采集系统

4．2．5 热管支架系统

4．3 实验步骤

4．4 本章小结

第五章 热管性能测试结果分析

5．1 热管的瞬态特性

5．1．1 同一热管在不同冷源下的启动关闭特性

5．1．2 不同热管在同一冷源下的启动关闭特性

5．2 热管的稳态特性

5．2．1 工作温度对轴向温度分布的影响

5．2．2 功率对轴向温度分布的影响

5．2．3 不同长度同一充液率热管在不同工作温度下轴向温度分布

5．2．4 不同充液率热管在不同角度工况下轴向温差随功率变化

5．2．5 热管的逆重力工作特性

5．3 热管性能参数分析

5．3．1 参数计算方法

5．3．2 蒸发段表面传热系数he分析

5．3．3 冷凝段表面传热系数hc分析

5．3．4 热阻分析

5．3．5 当量导热系数分析

5．4 实验误差分析

5．4．1 温度

5．4．2 输入热流量

5．4．3 冷却油流量

5．4．4 轴向温差

5．4．5 换热面积

5．4．6 热阻

5．4．7 当量导热系数

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的论文