摘 要：根据设计参数，设计了一种钠热管，并对该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、雷诺数、沸腾极限、携带极限、充灌量、不凝气体量及不凝气体对热管换热量的影响等进行了验算。结果表明：该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、沸腾极限、携带极限均满足设计要求。雷诺数为151.28<2300，流动为层流。充灌量和不凝气体量分别为14.8g，3.4×10-12g，不凝气体对热管的传热量几乎没有影响。

关键词：钠热管；设计；验算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.22.220

热管的传热量和表观导热系数，是最优良金属导热体的100～1000倍[1]，因此广泛应用在空间技术、电子电器、能源动力、化工、轻工、冶金等领域。本文依据文献[1-6]的方法，根据设计要求，设计了一种钠热管，并对其相关参数进行了验算。这将为钠热管在工程中的加工及应用提供强有力的技术指导。

0 设计要求

设计初始假定工作温度1500K，取热管的外管径为25.4mm，热管的放置角度取70°，蒸发段位于冷凝段之上，管长取0.4m，蒸发段和冷凝段各取0.2m，设计传热的最大功率为215W。

1 壳体材料

选用与钠相容的镍为壳体材料，取壁厚为1.65mm。

2 热管的声速限

钠热管在1500K时，物理性质为=3.577kJ/kg，=2.425kg/m3，=3.117×10-5Ns/m2，=658 kg/m3，=1.2410-4 Ns/m2，=33W/（mK），=8.2×10-2N/m，代入上如数据得到=1.21×10-4m。

即只要蒸汽腔大于1.21×10-4m，即不会出现声速极限。

3 吸液芯的选择计算

根据热管的工作状况，决定选用镍制卷制丝网吸液芯进行设计。

（1）吸液芯所需克服的液柱静压头为

=2470N/m2

（2）选取丝网数目。根据文献，可取，所以，可求得=3.3×10-5m。

查表得到，对多层丝网可取，，因此，求得=15152m-1，这相当与英制385目，取标准390目，换算成公制为=15354 m-1。

（3）最大毛细力。由，，得==3.26×10-5m。丝网差生的最大毛细压力为=5031 N/m2。

（4）吸液芯的渗透率。查表得卷绕丝网渗透率为，而，代入数据后，有=0.588，=1.04×10-11m2。

（5）吸液芯截面积。

=9.23×10-5m2。

吸液芯的厚度。=1.4×10-3m。

（6）吸液芯的层数。已知丝径=3.26×10-5m，而每层网厚为，故层数=21.4。取整为22层，故实际网厚=1.43×10-3m。实际蒸汽腔直径为=-=1.8cm。

4 验算

（1）毛细极限和计算传递的最大功率。吸液芯实际厚度下的毛细极限为=9.43×10-5m2。蒸汽摩擦系数。=1.39×10-3N/（m2W） 。液体摩擦系数。=53.7 N/（m2W），

所以，=238.45 W >215 W。

（2）核算雷诺数。=151.28<2300，流动为层流。

（3）核算沸腾极限

=40.8W/（mK），

所以，=37.13kW>215 W。

（4）核算携带极限。对于丝网吸液芯，有=1.63×10-5m，

所以，=71.09kW。

（5）热管的充灌量。=14.8 g。

（6）真空度为时，不凝气体量。取=1500K，=10- 6torr，=3.4×10-12g。

（7）不凝气体对热管换热量的影响。

热管的周长和蒸汽腔的横截面积为=7.98×10-2m，=2.54×10-4m。在最大传热负荷215W时，所需的冷凝段总长度可以计算如下：

蒸发段的蒸汽温度=冷凝段的蒸汽温度=1500K，假定管壳和浸满液体芯的组合传热系数为568W/m2K。

5 结论

根据设计参数，设计了一种钠热管，并对该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、雷诺数、沸腾极限、携带极限、充灌量、不凝气体量及不凝气体对热管换热量的影响等进行了验算。验算结果表明：该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、沸腾极限、携带极限均满足设计要求。雷诺数为151.28<2300，流动为层流。充灌量和不凝气体量分别为14.8g，3.4×10-12g，不凝气体对热管的传热量几乎没有影响。

参考文献：

[1]S.W.纪著，姜章焰译.热管理论与实用[M].北京：科学出版社，1981（09）.

[2]李婷寒，华诚生.热管设计与应用[M].北京：化学工业出版社，1987（08）.

[3]郎逵，乔中复，尚国森.热管技术与应用[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1984（09）.

[4]P. D.邓恩， D. A. 雷伊著，周海云译.热管[M].国防工业出版社，1982（02）.

[5]庄骏，张红.热管技术及其工程应用[M].北京：化学工业出版社，2000（06）.

[6]马同泽，侯增祺，吴文銧.热管[M].北京：科学出版社，1985（02）.