如何选择设计换热管管芯工质材料种类

   换热管管芯的选择同工质的选择一样与很多因素有关，但其中主要的因素是与工质的性质紧密相关。管芯的主要作用是产生毛细压差，把工质从冷凝段输送到蒸发段。此外，还必须能把液体分布到蒸发段上可能吸热的任何范围内。尤其是在失重的情况下，当冷凝液回流的距离超过1m时，常常需要使用不同形式的管芯才能起到这两个作用。

  管芯产生的最大毛细压差，随毛细孔的减小而增加，而对管芯所要求的另一个特性，即渗透率，它随毛细孔的增大而增加，故均匀管芯的最佳毛细孔尺寸是两者折中的结果。从这个意义上讲，管芯有三种主要的形式。水平放置的热管和重力辅助式热管采用低性能管芯，它具有较大的毛细孔。在需克服重力的场合下，需要小毛细孔。通常要求换热管的传热能力高，故必须采用均匀的管芯或 道管芯，并且用细孔结构来辅助促使液体的轴向流动。

 另一方面，管芯的厚度应适当。增加管芯的厚度可以提高热管的传热能力，但是却增加了管芯的径向热阻，又使传热能力降低，于是蒸发段容许的最大热通量也随之降低。蒸发段的总热阻还与管芯内工质的放热系数有关。管芯还必须具有其他方面的一些重要性能，如与工质的相容性和润湿性、易于制作成和换热管内壁一样并且最好是性能稳定的形状。此外，造价也应便宜。

 1. 均匀管芯

  均匀管芯有很多种形式，最常用的管芯是用丝网或斜纹织品制成的。所用的材料为不锈钢、镍、铜及铝。并加工成具有一定尺寸范围的毛细孔。各种丝网及斜纹织品的毛细孔尺寸和渗透率，查有关的表格。为了增加液体流动的能力，可开一些粗一点的流道。在管内壁上开槽道的铜热管和铝热管，已用于失重环境（一般在地球重力场内，单用槽道管芯不能产生很大的毛细压差，而且携带现象还可能限制热管的轴向热流量。为克服这一问题，在槽道上覆盖一层丝网）。

 2. 干道管芯

  高性能换热管必须采用干道管芯。为了克服这种热管工质热导率低的不利因素，必须把换热管的温度梯度减至最小。这种换热管的内径只有5.25mm，传输热量为15W，在1m长度内的总温降不超过6℃。用铝合金作管壳，丙酮作工质。

 这种管芯系统，旨在使沿管内传输的液体压降最小。如六条干道上覆盖一层细丝网，可以得到较大的驱动力。

 为了充分发挥干道管芯的传热潜力，必须把干道与蒸气空间隔开，于是最大毛细驱动力便由丝网的毛细孔的大小而定。为了保证干道封闭得好，并且不损坏丝网，所以，在加工过程中必须严格控制质量。

  在设计干道管芯的热管时，还必须进一步考虑到蒸气或气体阻塞干道的问题。如果干道内产生蒸气泡（或气泡），或者是蒸气泡（或气泡）被带进干道，将大大降低干道的传输能力。如果气泡完全阻塞了干道，则传热能力取决于干道的有效毛细半径。也就是说，畅通的干道存在一个有效状态。为了保证干道在这种条件下还能再启动，必须把热负荷降低到畅通干道的最大传热能力以下。

  3. 槽道管芯

  槽道管芯，即在换热管管壳的内壁面上挤压或车上轴向槽或螺旋槽道，起到毛细作用。

  槽道管芯的径向热阻在蒸发段和冷凝段是根本不同的，这是因为它们的传热机理不同。蒸发段内肋顶在传热过程中不起有效作用。传热的途径可能是：沿肋片导热；通过弯月面上的液膜导热或在液体与蒸气界面上蒸发。

 由于冷凝段内槽道被冷凝液淹没，所以肋顶在传热过程中起到了有效作用。肋顶上的液膜将成为主要热阻。冷凝液膜的厚度与冷凝率及工质的润湿性能有关。

 由于蒸发段的传热机理不太复杂，并且热阻最大，所以下面将集中分析蒸发段的热阻。