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中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编号：093483 关于两相闭式热虹吸管热工性能参数的 研究进展 周峰，马国远 （传热强化与过程节能教育部重点实验室，北京工业大学，北京 100124） （Tel:010Email: zhoufeng@emails.bjut.edu.cn） 摘要：两相闭式热虹吸管作为一种高效相变传热元件，广泛应用于诸多领域。对影响两相闭式热虹 吸管性能的相关参数的研究进展做了总结，概括分析充液量、倾角、风速、工质等参数各自对热虹 吸管温度变化、热阻、传热系数、效率和传热量的影响，为今后相关技术的应用提供参考。 关键词：两相闭式热虹吸管，参数分析，热工性能 0 引言 热虹吸管是一种高效传热元件，在小温差下可以传递较大的热量。在实际应用中， 热虹吸管的有效热传导率超过铜的200~500 倍[1,2] 。其历史可以追溯到1836 年出现的 Perkins 管，此后被应用于透平叶片、面包烤炉以及汽车发动机的冷却。然而重力热管 的名称是在20 世纪60 年代有吸液芯的常规热管问世之后才赋予的，也只是在这之后， 特别是20 世纪70 年代末世界性能源紧张引发对节能新技术的迫切需要之后，才引起 人们重新审视其原理、制造工艺和推广应用，并结合实际对此作了专门研究[3] 。 图1 两相闭式热虹吸管结构及工作原理图 Fig. 1 Structure and working principle of two-phase closed thermosyphon 两相闭式热虹吸管又称重力热管，简称热虹吸管，其结构及工作原理如图1 所示。 与普通热管一样，热虹吸管利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，且不需要外加动力， 但与普通热管不同的是热虹吸管内没有吸液芯，冷凝液从冷凝段返回到蒸发段不是靠 基金项目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金(2008) ，北京工业大学博士创新计划项目 (bcx-2009-049) [4] 吸液芯的毛细力，而是依靠冷凝液自身的重力 。 影响两相闭式热虹吸管传热性能的因素有很多，如热虹吸管的几何尺寸、倾斜角 度、充液量、工质的热物性参数和工作温度等，其中充液量和倾斜角度是最主要的因 素。目前，关于上述因素对热虹吸管传热性能影响的研究都偏重于试验研究，从试验 中得到规律曲线，并对试验中观察到的流动、沸腾等现象做出分析解释，用纯理论分 析的方法还很少能够得到符合实际的结论。 热虹吸管内的汽-液相变现象包括工质的蒸发、沸腾和冷凝，是一个涉及诸多影响 因素的复杂换热过程，虽然对其喷涌现象[5] [6] 和冷凝段携带极限 进行了相关研究，但 迄今还难以给出统一明确的模型描述和理论关系。目前已有人尝试从非线性混沌学的 角度来剖析和理解热虹吸管内部传热的基本机理[7] 。 为了提高热虹吸管的热力学性能，在其应用和设计修正方面，科研工作者做了大 量的试验和理论研究工作。研究者们针对两相闭式热虹吸管的充液量、倾角、风速、 工质物性等相关因素对传热性能的影响开展了大量的研究工作，本文将对这些工作进 行综述性的介绍。 1 充液量的影响 Streltsov 以经典的Nusselt 竖壁膜状冷凝理论为基础，建立模型，计算出含有最低 限度概念的充液量，得到热虹吸管充液量与热流量之间的关系式[8] 。 1/3  2 2  4 4  3µρπ d