一种非单向中间热点保护的自循环高效热管制造技术

本发明专利技术公开了一种非单向中间热点保护的自循环高效热管，其包括位于中间的吸热沸腾区，位于吸热沸腾区周向位置的气液传输区，以及位于所述气液传输区远端的放热冷凝区。本发明专利技术利用微结构设计实现自循环，采用多孔结构强化沸腾吸热区的沸腾相变换热，并耦合多孔吸液功能适当设计多孔液相通道和沟槽气相通道，加快气液在相变过程中的输送和传输；同时利用多孔液相通道的吸液作用加快放热冷凝区冷凝液的脱离，强化冷凝相变换热；实现对中间高热流密度区的热保护功能，具有重大的实际应用价值。

Self circulation high-efficiency heat pipe with non unidirectional intermediate hot spot protection

The invention discloses a self circulation high-efficiency heat pipe of a non unidirectional intermediate hot protection, including heat is located in the middle of the boiling zone, located in the area of heat and boil circumferential gas-liquid transmission zone position, and in the heat transfer area distal gas-liquid condensation zone. The invention uses the micro structure design and implementation of self circulation, the porous structure of heat transfer enhancement of boiling heat absorption area, and the coupling function properly designed porous porous suction liquid channel and groove gas channel, accelerate gas-liquid in the transformation process in the transmission and transmission; at the same time using the suction effect of porous liquid channel to accelerate the exothermic condensation zone the condensate from the enhanced condensation heat transfer with phase change; heat protection function of middle and high heat flux region, is of great practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种非单向中间热点保护的自循环高效热管
本专利技术属于高效换热
，具体涉及一种将中间高热流密度区热量向两侧或周向方向分散传输的新型双向传热高效热管，尤其是涉及一种非单向中间热点保护的自循环高效热管。
技术介绍
热管是一种具有快速均温特性的特殊换热器件，其具有质轻、高导热性以及快速均温的特性，广泛运用于航天领域，各式热交换器、冷却器、电子产品散热等领域，是现今最普遍高效的导热(非散热)元件。经过几十年的发展，热管结构由单支演变为多根热管组合成换热器，由一体热管演变为分离式热管、毛细泵回路热管和脉动热管。但无论热管换热系统结构组成如何变化，其传热的基本相变物理过程决定热管主要由一个沸腾高热区、一个冷凝散热区以及之间的流体传输区组成。对于一些需要快速导热、快速均热的场合；如航空器头部、机翼以及尾翼前缘等位置，由于与空气的快速摩擦使得顶部局部温度高达上千度；或探测器、模型等进入高温区，同时要求内部空腔保持低温；甚至是太阳能高倍聚焦后热点高温快速导离等场合，其高热流密度点在中间，而热量需要向两侧或双向沿壁面迅速导离。在此场合下，经典热管一端为沸腾高温区，另一端为散热区的结构已不能满足应用需求；需要设计中间为沸腾高温区，使得高热流密度迅速沿两个方向甚至是四周快速导离，以达到中间热点保护的目的。另一方面，根据热管内物理相变传热过程，沸腾高热区负责吸收环境热量，使工质发生沸腾相变；气相工质经过流体传输区达到冷凝散热区发生冷凝相变，释放热量；冷凝的液体再通过传输区返回至沸腾高热区，进入下一周期。针对两相传输，近年来强化热管的方法和技术主要为设计热管强化微结构并耦合选用具有大表面张力的相变工质，使沸腾蒸汽和冷凝液体在管内快速循环，甚至提高工质传输距离。管内微结构的强化思路主要有三种：利用管内添加插入式吸液芯；在热管内壁面烧结多孔结构；壁面加工沟槽。沟槽管的成本一般比烧结管低，主要缺点是其指向性强，在直线传导时性能和烧结管相当。但一旦管道弯曲，槽内流体不能很好的限制在沟槽内使得换热性能明显下降；例如，当沟槽管弯曲90度，导热性能几乎只能达到原来性能的1/2；当散热器弯曲角度大到180度，传热效果极速衰减。烧结管由于利用毛细结构吸液传输，壁面弯曲度对传热性能影响不大；因此烧结管适宜设计成各种弯曲形状。同时需要指出的是，热管内气液两相的循环传输过程，是两相流体的一种持续相向运动，气液界面的相对滑移是循环中一常态过程。如何利用烧结或者机加工微结构控制气液界面，分流气液双向运动，做到固定航道、有序调控，耦合微结构加快液相回流速度，才能从根本上提高两相的循环效率。近年来微结构调控两相流流型以及流动状态、利用多孔结构强化沸腾传热的研究越来越深入；多孔结构不仅可以有效提高沸腾汽化核心数目，同时也可以利用结构尺度差在界面能作用下有效控制气液的分区。本申请的专利技术人在对多孔结构调控两相流、强化沸腾传热的研究基础上；提出利用烧结多孔结构耦合巧妙结构设计，强化吸热区沸腾相变效率的同时提高壁面沟槽流体在弯曲流道时的可控性，设计适用于中间高热密度急于向两侧甚至四周散热场合的新型双向传热自循环高效热管。本专利技术是从相变传热的物理机理出发，基于气液两相流流型调控的思想以及实际应用中高热点在中心的重大需求，设计适合双向甚至周向散热的高效热管，用于解决对高热区有效热防护问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种非单向中间热点保护的自循环高效热管，利用多孔微结构设计实现强化相变传热及气液的自循环；双向甚至周向的导热方向；其主要针对航空飞行器头部、机翼、尾翼的前缘，以及高温探测器、太阳能高倍集热光电板等类似具有高热量密度区场合，通过将沸腾区的气相沿双向或周向沟槽通道快速远传至终端冷凝区，从而实现将中间区域高热量快速导离，对中间高热区进行热防护的目的。一种非单向中间热点保护的自循环高效热管，其特征在于，包括位于中间的吸热沸腾区，位于吸热沸腾区周向位置的气液传输区，以及位于所述气液传输区远端的放热冷凝区，所述吸热沸腾区设置多孔结构。进一步，所述气液传输区位于吸热沸腾区的双向位置。进一步，所述吸热沸腾区和气液传输区的形状为平板、圆管或不规则形状。进一步，所述气液传输区间隔设置微结构吸液芯的多孔通道和介于多孔通道之间的气体沟槽通道。进一步，所述微结构吸液芯的多孔通道为陶瓷微管堆砌而成，用于将放热冷凝区冷凝的液体快速导回吸热沸腾区。进一步，所述多孔通道是烧结的多孔填料结构或泡沫金属的多孔结构，其尺寸为毫米级，所述孔的尺寸为微米级。进一步，所述气体沟槽通道的尺寸为毫米级。进一步，所述多孔通道的弯曲处，在多孔通道与气体沟槽通道的交界面，沿多孔通道侧壁面设置气体遮挡板。进一步，所述自循环高效热管内部灌装的工质为水或有机物质。进一步，所述放热冷凝区的热管壁面设置冷却翅片。具体来说，所述自循环高效热管的中间为吸热沸腾区1，双向甚至周向导热自循环高效热管；所述热管内部采用多孔结构4强化沸腾吸热区1的相变换热；并耦合多孔吸液功能，适当设计液体吸液芯的多孔通道5和气体沟槽通道6，促进热管内部高效气液回流；从而实现对中间高热流密度区的热保护功能。本专利技术中双向甚至周向的导热方向主要针对航空飞行器头部、机翼、尾翼的前缘，以及高温探测器、太阳能高倍集热光电板等具有高热量密度区类似场合，通过将沸腾区的气相沿双向或周向沟槽通道快速远传至终端的放热冷凝区，从而实现将高热区的热量快速导离，对高热区进行热防护的目的。此中间吸热沸腾区1以及气液传输区2可根据应用场合如飞行器头部的形状进行尺寸和弯曲的设计；其形状不局限于平板、圆管以及其他不规则形状。原则是中心热量的分散便于热量的回收利用。利用微结构同时强化沸腾及冷凝。在中间部位的吸热沸腾区，利用多孔结构降低沸腾气泡的脱离直径，增大沸腾相变换热面积；同时设计多孔结构吸液芯延伸到冷凝散热区，加速冷凝液的脱离，提高冷凝区表面的更新速率，引导冷凝液的快速补充，从而强化沸腾传热性能，利用多孔微结构设计实现强化相变传热。所述气体沟槽通道用于将吸热沸腾区的气体沿气体沟槽通道快速传至放热冷凝区。利用多孔微结构设计实现强化气液自循环，利用多孔结构的间隔排布设计成双向或周向沟槽通道和多孔吸液芯通道。其沟槽通道将沸腾区的气相沿双向或周向沟槽通道快速远传至终端冷凝区，同时多孔吸液芯通道将冷凝的液体快速导回沸腾区，从而加速了气液自循环。所述双向或周向气体沟槽通道6分布在高热密度区两侧或四周。其与液相回吸的多孔通道5间隔排布。气相沟槽通道6尺度在毫米级，多孔液相回吸通道为由微米级多孔结构构成的毫米级导液芯。为避免气相在热管弯曲处的串道逆流，在弯曲处多孔液相导液芯壁面添加气相遮挡板9；或液相导液芯直接选用类似陶瓷微管堆砌而成，从而避免气体在热管弯曲处的串道逆流，保证气液两相各走其道从而提高循环效率。所述高效热管的冷凝散热端形状由整体散热场所及热能再利用需求决定，可为圆形热管的周边圆环区，长方形热管的两端方形区或其他形状的段侧形状。其内壁壁面主要为光滑壁面；吸液的多孔通道5头部延伸到冷凝区，占据少量换热面积。同时，延伸到冷凝散热区的吸液芯有利于冷凝液的快速回流，加速冷凝液的脱离，提高冷凝区的冷凝效率。同时，热管冷凝区3的热管壁面8可以利用翅片7等通用强化措施强化冷凝壁面外侧的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非单向中间热点保护的自循环高效热管，其特征在于，包括位于中间的吸热沸腾区，位于吸热沸腾区周向位置的气液传输区，以及位于所述气液传输区远端的放热冷凝区，所述吸热沸腾区设置多孔结构。

【技术特征摘要】
1.一种非单向中间热点保护的自循环高效热管，其特征在于，包括位于中间的吸热沸腾区，位于吸热沸腾区周向位置的气液传输区，以及位于所述气液传输区远端的放热冷凝区，所述吸热沸腾区设置多孔结构。2.根据权利要求1所述的自循环高效热管，其特征在于，所述气液传输区位于吸热沸腾区的双向位置。3.根据权利要求1所述的自循环高效热管，其特征在于，所述吸热沸腾区和气液传输区的形状为平板、圆管或不规则形状。4.根据权利要求1所述的自循环高效热管，其特征在于，所述气液传输区间隔设置微结构吸液芯的多孔通道和介于多孔通道之间的气体沟槽通道。5.根据权利要求4所述的自循环高效热管，其特征在于，所述微结构吸液芯的多孔通道为陶瓷微管堆砌而...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宏霞，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11