CN109041540A - 一种方形管壳十字型接头 - Google Patents
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Abstract
一种方形管壳十字型接头，主管壳和支管壳内部均包含多个毛细轴向槽道、蒸汽通道和周向槽道；主管壳和支管壳均为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截面为四个角带有导圆角的矩形；毛细轴向槽道均布于主管壳和支管壳内壁面，且位于蒸汽通道的两个相对的平行宽面上，并与蒸汽通道连通；毛细轴向槽道内流动液体工质，蒸汽通道流动蒸汽工质，周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通；主管壳和支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头，气体工质在主管壳和支管壳温度较低部位放热冷凝成液态由蒸汽通道进入毛细轴向槽道，通过工质流动和气液相变，实现主管壳和支管壳的均温性。
Description
技术领域
本发明涉及一种方形管壳十字型接头，属于汽液相变传热技术领域。
背景技术
通讯卫星技术在世界各个国家各个领域均扮演着重要角色，数量众多的 空间行波管则是通讯卫星上微波功率放大的核心部件。通讯卫星上空间行波 管数量众多、功耗大、分散布置在卫星舱板上，需对其采取合适热控措施， 保证其在轨温度满足指标要求。目前常用做法是空间行波管布置在卫星舱板 内侧，卫星舱板外侧表面作为辐射散热面，将空间行波管工作热耗排散至外 空间。卫星舱板两侧为复材面板，中间为蜂窝芯夹层，其平面方向和厚度方 向导热性能都有限，为保证空间行波管热量能较好从内侧舱板传递到外侧舱 板，同时避免空间行波管热耗不均和舱板外表面所受外热流不均造成的舱板 温度不均，会在卫星舱板上正交布置热管，用于加强舱板厚度方向的导热和 平面方向的均温。目前热管正交布置有全预埋型、全外贴型和混合型3种方 式，如图4所表示。
上述三种布置方式存在如下几点不足：
(1)全预埋方式会使卫星舱板制作工艺复杂化，需先在下面板表贴平 衡热管，然后放置蜂窝芯，再放置平行热管，最后再放置上面板，期间还涉 及到舱板找平等操作；此外，平行热管和平衡热管之间仅靠小面积搭接传热， 接触热阻较大，传热效果有限；
(2)混合型预埋方式与全预埋方式相比，虽然卫星舱板制作工艺相对 简单，但平衡热管与平行热管之间增加了一层与面板之间的接触热阻以及面 板自身的导热热阻；
(3)全外贴型，平衡热管的横向均温作用，紧靠与平行热管之间的搭 接传热间接实现，均温效果不佳。
若能采用接头，将各自独立的搭接热管直接组成一个内部毛细轴向槽道 相互连通和蒸汽通道相互连通的正交热管系统，则汽液相变传热工质可在整 个系统内循环，进行汽液相变传热，大大提高传热效率和均温效果，并降低 热管布局难度。传统用的轴向槽道热管蒸汽通道均为圆形，毛新轴向槽道沿 圆周方向布置，在这种结构条件下，若想在接头处保证毛细轴向槽道一一对 应相互连通，则加工难度非常大，不易实现。
发明内容
本发明解决的技术为题在于：克服现有技术不足，提供一种方形管壳十 字型接头，将方形管壳十字型接头与其匹配的毛细轴向槽道热管相连，代替 传统热管正交搭接的方式，将多个毛细轴向槽道热管管壳正交连接在一起， 使多个毛细轴向槽道热管管壳组合成一个内部毛细轴向槽道互相连通的二 维平面大型热管，可有效解决目前通讯卫星舱板热管正交搭接存在的不足， 以达到降低热阻的目的，从而提高热管的热传递效率和均温效果，同时可减 小预埋舱板的厚度，减少重量与体积。
为解决上述技术问题提出一种方形管壳十字型接头，包括：主管壳和支 管壳、主管壳和支管壳内部均包含多个毛细轴向槽道、蒸汽通道和周向槽道； 主管壳和支管壳均为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截面为四个 角带有导圆角的矩形；毛细轴向槽道均布于主管壳和支管壳内壁面，且位于 蒸汽通道的两个相对的平行宽面上，并与蒸汽通道连通；毛细轴向槽道内流 动液体工质，蒸汽通道流动蒸汽工质，多个周向槽道平行布置，每个周向槽 道所在的平面与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通；主管壳和支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头。
主管壳和支管壳即能够分开加工后连接在一起，也能够将主管壳和支管 壳合为一体，进行整体加工，成为一个零件。
主管壳上设有与支管壳数量相同的V形槽接口，V形槽贯穿毛细轴向槽 道和蒸汽通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上。
支管壳的一端设有与主管壳V形槽接口相匹配的V形凸起接口，与主管 壳的V形槽接口相连接V形凸起接口的尖端位于主管壳的轴线上。
主管壳上设有多个平行布置的周向槽道；每个周向槽道所在的平面与主 管壳内的毛细轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳内的毛细轴 向槽道相连导通。
支管壳上设有多个平行布置的周向槽道；每个周向槽道所在的平面与主 管壳内的毛细轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与支管壳内的毛细轴 向槽道相连导通。
主管壳和支管管壳的截面形状尺寸完全一致，主管壳和支管壳的毛细轴 向槽道与支管壳的毛细轴向槽道数量形状尺寸完全相同，蒸汽通道形状尺寸 完全一致。
主管壳和支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头，具体为：采用主管 壳和两个支管壳，主管壳上沿轴线对称设置有两个V形槽接口，两个支管壳 一端设有的V形凸起接口，分别插入对称设置的主管壳V形槽接口内，形成 十字形状的接头；十字形状的接头内，主管壳和支管壳的毛细轴向槽道一一 对应，相互连通，主管壳和支管壳的蒸汽通道相互连通。
十字型接头可与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳连接，在连接处密封焊 接，在毛细轴向槽道热管管壳和十字型接头不互相连接的一个自由端焊接带 有通孔的充装端盖，在充装端盖的通孔上焊接充装管，在毛细轴向槽道热管 管壳和十字型接头不互相连接的其他自由端，焊接封装端盖，组成异型热管 系统，通过充装管充入汽液相变传热工质，形成充有汽液相变传热工质的二 维平面大型热管；在二维平面大型热管的任意位置加热，加热处的毛细轴向 槽道内的液体工质吸热蒸发，产生高压蒸汽进入蒸汽通道，蒸汽工质在密闭系统温度较低部位放热冷凝成液态，再由蒸汽通道进入毛细轴向槽道，液体 工质再沿相互连通的毛细轴向槽道靠受热蒸发部位产生的毛细抽吸力的作 用回流到受热蒸发部位，通过工质流动和汽液相变，实现二维平面大型热管 的传热和均温。
与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳的蒸汽通道截面尺寸、毛细轴向槽道 数量和毛细轴向槽道截面尺寸都与主管壳和支管壳的完全相同；在毛细轴向 槽道热管管壳插入方形管壳十字型接头后，毛细轴向槽道热管管壳的毛细轴 向槽道与主管壳和支管壳的毛细轴向槽道一一对应，相互连通；毛细轴向槽 道热管管壳的蒸汽通道与主管壳和支管壳的蒸汽通道一一对应，互相连通。
与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳可与十字型接头的4个接口中的任 意2个、3个或4个相连，组成一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉 或者一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉混合的二维平面大型热管。
与其匹配的的毛细轴向槽道热管管壳，在管壳外侧设有翅片，用于固定 并增加导热面积，在与接头相连的端部平行布置多个周向槽道，每个周向槽 道所在的平面与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相 连导通。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供一种方形管壳十字型接头，方形管壳十字型接头和与 之匹配的毛细轴向槽道热管管壳连接组成一字型、L型交叉、T型交叉、十 字型交叉或者一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉混合的内部毛细轴 向槽道和蒸汽通道互相连通的二维平面大型热管，代替传统正交搭接热管系 统，可有效解决目前通讯卫星舱板热管正交搭存在的搭接热阻较大，传热和 均温效果不佳的问题。
(2)本发明提供一种方形管壳十字型接头，主管壳的毛细轴向槽道与 支管壳的毛细轴向槽道形状尺寸完全相同，且主管壳与支管壳的毛细轴向槽 道纵横相连，并且能够导通，因此液体工质可以通过十字型接头进行分流。
(3)本发明提供一种方形管壳十字型接头，毛细轴向槽道纵横相连处 铺有金属丝网，因此液态工质经由十字型接头时，可借助金属丝网的毛细吸 力，分流进入其他端口的毛细轴向槽道内。
(4)本发明一种方形管壳十字型接头，横截面为矩形，毛细轴向槽道 位于蒸汽通道外侧，且位于蒸汽通道的两个相对的平行面上，因此方形管壳 十字型接头以及与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳可以扁平化，即可减小方 形管壳十字型接头以及与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳厚度，减小卫星舱 板厚度。
(5)本发明一种方形管壳十字型接头，可以一体加工成型，加工工艺 性好，实现方法简单。
附图说明
图1方形管壳十字型接头剖面示意图。
图2方形管壳十字型接头截面示意图。
图3方形管壳十字型接头与管壳连接剖面局部示意图。
图4方形管壳十字型接头与管壳连接示意图。
图5舱板正交热管布置方式示意图。
图6为本发明一种优选方案T型正交热管及其测试数据图。
图7为大气条件下优选方案T型正交热管及其测试数据图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。 以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明一种方形管壳十字型接头，包括：主管壳和支管壳、主管壳和支 管壳内部均包含多个毛细轴向槽道、蒸汽通道和周向槽道；主管壳和支管壳 均为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截面为四个角带有导圆角的 矩形；毛细轴向槽道均布于主管壳和支管壳内壁面，且位于蒸汽通道的两个 相对的平行宽面上，并与蒸汽通道连通；毛细轴向槽道内流动液体工质，蒸 汽通道流动蒸汽工质。多个周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面与 毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通；主管壳和支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头，气体工质在主管壳和支管壳温 度较低部位放热冷凝成液态由蒸汽通道进入毛细轴向槽道，通过工质流动和 气液相变，实现主管壳和支管壳的均温性。
图1～图7中涉及的标号为：1：主管壳；2：支管壳；3：毛细轴向槽道 热管管壳；4：毛细轴向槽道；5：金属丝网；6：周向槽道；7：封装端盖； 8：翅片；9：蒸汽通道；10：一体加工十字型接头；11：充装端盖；12：充 装管。
如图1和图2所示，本发明提供的一种方形管壳十字型接头，包括主管 壳和支管壳，主管壳和支管壳内部均包含多个毛细轴向槽道、蒸汽通道和周 向槽道；主管壳和支管壳均为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截 面为四个角带有导圆角的矩形；毛细轴向槽道均布于主管壳和支管壳内壁面， 且位于蒸汽通道的两个相对的平行宽面上，并与蒸汽通道连通；毛细轴向槽 道内流动液体工质，蒸汽通道流动蒸汽工质。多个周向槽道平行布置，每个 周向槽道所在的平面与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通。主管壳和支管管壳的截面形状尺寸完全一致，主管壳和支管 壳的毛细轴向槽道与支管壳的毛细轴向槽道数量形状尺寸完全相同，蒸汽通 道形状尺寸完全一致。
如图3所示，鉴于十字型接头蒸汽通道为四个角带有倒圆角的矩形，毛 细轴向槽道位于蒸汽通道相对的两个宽面上，十字型接头也可用十字型实体 结构一体加工成形。具体为：针对十字型实体结构件，可用线切割将其加工 成内部十字连通的中空结构，中空部分的截面尺寸即为蒸汽通道的截面尺寸， 再用线切割在十字连通的蒸汽通道相对的2个宽壁面上加工均布的毛细轴 向槽道，十字连通的宽壁面上就会加工出十字交叉互相连通的毛细轴向槽道， 从而实现十字型接头的一体加工成型。
本发明提供一种方形管壳十字型接头，包括主管壳和支管壳，主管壳和 支管壳内部均包含多个毛细轴向槽道、蒸汽通道和周向槽道；主管壳和支管 壳均为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截面为四个角带有导圆角 的矩形；毛细轴向槽道均布于主管壳和支管壳内壁面，且位于蒸汽通道的两 个相对的平行宽面上，并与蒸汽通道连通；毛细轴向槽道内流动液体工质， 蒸汽通道流动蒸汽工质。多个周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面 与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通。主管壳和支管管壳的截面形状尺寸完全一致，主管壳和支管壳的毛细轴向槽道与 支管壳的毛细轴向槽道数量形状尺寸完全相同，蒸汽通道形状尺寸完全一致。
1个主管壳和2个支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头。具体为主 管壳上沿轴线对称设置有两个V形槽接口，V形槽贯穿毛细轴向槽道和蒸汽 通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上，2个支管壳的一端都设有1个V 形凸起接口，分别插入对称设置的主管壳V形槽接口内，V形凸起尖端位于 主管壳的轴线上，在V型槽对接部位，主管壳和支管壳的毛细轴向槽道一一 对应相互连通，蒸汽通道一一对应，相互连通。
鉴于十字型接头蒸汽通道为四个角带有倒圆角的矩形，毛细轴向槽道位 于蒸汽通道相对的两个宽面上，十字型接头也可用十字型实体结构一体加工 成形，具体为：针对十字型实体结构件，可用线切割将其加工成内部十字连 通的中空结构，中空部分的截面尺寸即为蒸汽通道的截面尺寸，再用线切割 在十字连通的蒸汽通道相对的2个宽壁面上加工均布的毛细轴向槽道，十字 连通的宽壁面上就会加工出十字交叉互相连通的毛细轴向槽道，从而实现十 字型接头的一体加工成型。
十字型接头可与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳相连，组成十字交叉的 二维平面大型热管。与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳为中空结构，中空部 分为蒸汽通道，蒸汽通道截面也为四个角带倒圆角的矩形，蒸汽通道截面尺 寸与十字型接头的蒸汽通道尺寸完全一致，在蒸汽通道相对的两个宽面上均 布毛细轴向槽道，且毛细轴向槽道与蒸汽通道互相连通，毛细轴向槽道的数 量、截面尺寸与十字接头内的毛细轴向槽道数量、尺寸完全一致。毛细轴向 槽道热管管壳可与十字接头的4个接口中的任意2个、3个或者4个连接， 组成一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉或者一字型、L型交叉、T型 交叉、十字型交叉混合的二维平面大型热管。毛细轴向槽道热管管壳在与十 字接头的连接处，需保证毛细轴向槽道热管管壳的毛细轴向槽道与十字接头 的毛细轴向槽道一一对应，互相连通，毛细轴向槽道热管的蒸汽通道与十字 接头的蒸汽通道一一对应，互相连通，从而保证十字型接头与其匹配的毛细 轴向槽道热管管壳组成的大型平面热管系统内部的轴向槽道互相连通，蒸汽通道互相连通，从而保证大型平面热管系统内的汽液相变传热工质可在整个 大型热管系统内部循环。
十字型接头与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳连接组成的二维平面大 型热管中，十字接头与毛细轴向槽道热管连接处需焊接密封；毛细轴向槽道 热管管壳和十字型接头互不连接的自由端中，至少有一个自由端上焊接一个 充装端盖，充装端盖上开有通孔，将一根充装管插入充装端盖通孔，并与充 装端盖焊接成一体；毛细轴向槽道热管管壳和十字型接头互不连接的其他自 由端中，需焊接封装端盖；通过充装管充装一定汽液相变传热工质，然后将 充装管冷焊密封。
在二维平面大型热管的任意位置加热，加热处的毛细轴向槽道内的液体 工质吸热蒸发，产生高压蒸汽进入蒸汽通道，蒸汽工质在密闭系统温度较低 部位放热冷凝成液态，再由蒸汽通道进入毛细轴向槽道，液体工质再沿相互 连通的毛细轴向槽道靠受热蒸发部位产生的毛细抽吸力的作用回流到受热 蒸发部位，通过工质流动和汽液相变，实现二维平面大型热管的传热和均温。
如图3和图4所示，十字型接头可与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳相 连，组成十字交叉的二维平面大型热管。与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳 为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截面也为四个角带倒圆角的矩 形，蒸汽通道截面尺寸与十字型接头的蒸汽通道尺寸完全一致，在蒸汽通道 相对的两个宽面上均布毛细轴向槽道，且毛细轴向槽道与蒸汽通道互相连通， 毛细轴向槽道的数量、截面尺寸与十字接头内的毛细轴向槽道数量、尺寸完 全一致。与十字型接头匹配的毛细轴向槽道热管管壳壳壳通过挤压一体成型。
如图3和图4所示，为连接与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳，十字型 接头端部需加工一定深度的矩形沉槽，矩形沉槽的长宽都保证一定的正公差， 车掉毛细轴向槽道热管管壳上的一段翅片，形成外形尺寸与十字型接头矩形 沉槽尺寸匹配的端部，并保证一定的负公差；将毛细轴向槽道热管的该端部 插入十字型接头沉槽，使毛细轴向槽道热管管壳的轴向槽道和蒸汽通道与十 字型接头内部的轴向槽道和蒸汽通道一一对接，互相连通。
如图3和图4所示，毛细轴向槽道热管管壳可与十字接头的4个接口中 的任意2个、3个或者4个连接，组成一字型、L型交叉、T型交叉、十字 型交叉或者一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉混合的二维平面大型 热管，T型交叉如图6所示。毛细轴向槽道热管管壳在与十字接头的连接处， 需保证毛细轴向槽道热管管壳的毛细轴向槽道与十字接头的毛细轴向槽道 一一对应，互相连通，毛细轴向槽道热管的蒸汽通道与十字接头的蒸汽通道 一一对应，互相连通，从而保证十字型接头与其匹配的毛细轴向槽道热管管 壳组成的大型平面热管系统内部的轴向槽道互相连通，蒸汽通道互相连通， 从而保证大型平面热管系统内的汽液相变传热工质可在整个大型热管系统 内部循环。
如图3和图4所示，十字型接头与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳连接 组成的二维平面大型热管中，十字型接头与毛细轴向槽道热管管壳连接处需 焊接密封；毛细轴向槽道热管管壳和十字型接头互不连接的自由端，都需加 工一定深度的矩形沉槽，矩形的长宽尺寸均保证一定的正公差。一个自由端 的沉槽上放置一个充装端盖，并将充装端盖与毛细轴向槽道热管管壳或十字 型接头焊接成一体；在充装端盖中部加工一个通孔，通孔直径保证一定的正 公差，将一根外径与充装端盖通孔直径匹配的充装管插入充装端盖通孔，并与充装端盖焊接成一体；毛细轴向槽道热管管壳和十字型接头互不连接的其 他自由端沉槽中，需放置封装端盖；并将封装端盖与毛细轴向槽道热管管壳 或十字型接头焊接成一体。
十字型接头与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳连接组成的二维平面大 型热管所有需焊接的部位焊接完成后，需通过充装管连接打压设备，对二维 平面大型热管进行打压试验，保证经过打压试验后，所有焊接部位质量完好。 打压试验后，需通过充装管连接氦质谱检漏设备，对二维平面大型热管进行 氦质朴检漏，保证总漏率满足一定的要求。
在经过打压试验和氦质朴检漏后，且检测结果均满足要求后，通过充装 管对二维平面大型热管进行工质充灌。充灌完成后，需对充装管进行冷焊密 封。
十字型接头、毛细轴向槽道热管管壳、充装端盖、封装端盖、充装管以 及焊接时选用的焊料，均需选用与汽液相变传热工质相容的材料。
如图5所示为优选的(舱板正交)槽道热管布置方式示意图，包括全预 埋型、混合型、全外粘型，全预埋型是指槽道热管预先预埋在舱板内，混合 型是指一部分槽道热管预先预埋在舱板内，另一部分粘在舱板表面，全外粘 型是指槽道热管全部粘在舱板表面.
在二维平面大型热管的任意位置加热，加热处的毛细轴向槽道内的液体 工质吸热蒸发，产生高压蒸汽进入蒸汽通道，蒸汽工质在密闭系统温度较低 部位放热冷凝成液态，再由蒸汽通道进入毛细轴向槽道，液体工质再沿相互 连通的毛细轴向槽道靠受热蒸发部位产生的毛细抽吸力的作用回流到受热 蒸发部位，通过工质流动和汽液相变，实现二维平面大型热管的传热和均温。
二维平面大型热管正常工作时，管壳受热蒸发部位产生的毛细压头(ΔPc) 是二维平面大型热管内循环的动力，毛细压头需克服液体回流时在液体通道 内的沿程阻力损失(ΔPcλ)、蒸汽工质在蒸汽通道内的沿程阻力损失(ΔPvλ)， 由于在十字型接头部位，蒸汽通道和液体通道都存在工质的转向和分流，因 此，毛细压头还需克服液体工质在十字型接头处的局部阻力损失(ΔPlζ)和 蒸汽工质在十字型接头处的局部阻力损失ΔPvζ。在地面应用时，若二维平面 大型热管系统不是水平放置，还需考虑工质自身的重力作用。蒸汽工质的重 力作用可忽略，仅需考虑液体工质的重力作用(ΔPlg),ΔPlg可为正值或负值， 视二维平面大型热管系统方位及管壳受热部位而定，若二维平面大型热管系 统非水平放置时，受热部位在二维平面大型热管系统的最下端，则所有方位 的液体工质在流动时都受到重力辅助作用(ΔPlsg)，若受热部位在二维平面 大型热管系统中间部位，则受热部位上方液体回流时会受重力辅助作用 (ΔPlsg)，而受热部位下方液体回流时则会受重力阻碍作用(ΔPlxg)。
异型热管系统优选满足如下压力平衡式，以提高异型热管系统的传热能 力和均温性，即：
ΔPc+ΔPlsg≥ΔPlλ+ΔPlξ+ΔPvλ+ΔPvξ+ΔPlxg (1)
式(1)中，ΔPc与轴向槽道开口宽度(ω)、液体表面张力(σ)以及液体工质 与轴向槽道开口壁面接触角θ有关，有如下公式：
当接触角θ＝0°时，毛细压头达到最大(ΔPcmax),即：
式(1)中液体回流沿程阻力损失ΔPlλ与液体通道几何尺寸(leff工质有效流 动长度，Dl液体流通截面水利直径)以及液体流动速度(vl)有关，有如下 公式：
式(4)中，ρl为液体密度，λl为液体工质流动沿程阻力系数，与雷诺数Re有关。 对异型热管系统，液体工质在液体通道内的流动为层流，λl与Re有如下关 系式：
雷诺数Re则与液体工质的流动速度vl、密度ρl以及黏性系数μl有关，有如 下关系式：
联合式(4)、(5)、(6)可得：
式(1)中液体回流在十字型接头处的局部阻力损失ΔPlξ与十字型接头处液 体通道几何尺寸(leffj十字型接头处液体有效流动长度，Dlj十字型接头处液 体流通截面水利直径)以及液体流动速度(vlj)有关，有如下公式：
式(8)中，ξl为十字型接头处液体流动局部压力损失系数，与十字型接头 处的结构及尺寸有关，ξl需借助于实验来测定。
同理，可得：
式(9)和式(10)中，μv为蒸汽粘性系数，ρv为蒸汽密度，vv为蒸汽流动 速度，Dv为蒸汽流通截面水利直径，ξv为十字型接头处蒸汽通道局部压力损 失系数，需借助于实验来测定，leffv为十字型接头处蒸汽有效流动长度，Dvj为十字型接头处蒸汽流通截面水利直径，vvj为十字型接头处蒸汽流动速度。
在不考虑工质重力的条件下，由上述公式推导可知，在工质流动截面尺 寸及工质一定时，液体和蒸汽工质流动速度越大，沿程阻力损失和十字型接 头处局部阻力损失越大，而液体工质和蒸汽工质流动速度，则与参与循环的 工质流量有关，而参与循环的工质流量则取决于加热部位所受的加热功率。 受热部位加热功率越大，参与循环的工质流量越大，则液体工质和蒸汽工质 流动速度越大，当加热功率达到一定数值时(Qmax)，液体工质和蒸汽工质 流动速度达到一定数值，此时，在蒸发部位产生的最大毛细压头正好等于液 体工质回流和蒸汽工质流动产生的沿程阻力损失和局部阻力损失之和。若此 时，再增大加热功率，则最大毛细压头就不足以克服液体工质回流和蒸汽工 质流动产生的沿程阻力损失和局部阻力损失之和，热管系统内的工质就无法 循环，热管系统就失去传热作用。Qmax即为不考虑重力作用时热管系统的最 大传热能力。若想增大热管系统的Qmax，则需尽可能提高毛细芯能提供的最 大毛细压头，尽可能降低工质沿程阻力损失和十字型接头处的局部阻力损失。 若再考虑重力作用，若重力起辅助液体回流作用，则装置的最大传热能力会 比Qmax大，若重力起阻碍液体回流的作用，则装置的最大传热能力会比Qmax小。
为尽可能提高二维平面大型热管的传热能力，十字型接头及其匹配的毛 细轴向槽道热管管壳优选方案为：毛细轴向槽道为开口尺寸较小的Ω型，液 体流动截面基本为圆形，尽量降低液体流动沿程阻力损失；蒸汽通道截面尺 寸优选为14.5mm╳3.0mm，四个角的倒圆角半径为1mm。为降低液体工质在 十字型接头处的局部压力损失，在十字型接头和毛细轴向槽道管壳对接部位 各加工3个周向槽道，周向槽道宽度与毛细轴向槽道开口尺寸一致；并在十 字型接头内部，毛细轴向槽道正交交叉的部位，放置金属丝网，金属丝网网 孔尺寸与毛细轴向槽道开口尺寸一致。
为尽可能提高异型热管系统传热能力，在地面应用时，优选布置方位为 平面结构，来避免重力造成的损失；或者必须非水平放置时，保证受热部位 在热管系统的最下端，让重力对液体回流起辅助作用。
如图7所示为大气条件下优选方案T型正交热管及其测试数据图，测试 时T型正交热管水平放置，T型正交热管管壳加热热端包覆保温棉，非加热 端连接制冷机冷板后包覆保温棉。测试结果表明T型正交热管传热能力良好， 传热效率可达340w·m。
为进一步更好的实现方形管壳十字型接头的传热和均温，方形管壳十字 型接头将与其匹配的带有周向槽道的槽道热管依次采用如下方式加工连接： (1)加工用于连接的轴向槽道热管管壳，对轴向槽道热管管壳需要与均温 接头相连的端部，用车床车掉一定长度的翅片，形成一定长度的圆柱端，并 要求一定的负工差，以便与均温接头保护壳的孔进行配合；对轴向槽道热管 管壳不需要与均温接头相连的端部，在管壳端部内侧用车床加工一定深度的 沉槽，且陈槽的内径要求一定的正公差，用于安装充装端盖或者封装端盖；(2)在步骤(1)的基础上，对轴向槽道热管管壳需与均温接头相连的端部， 用电火花的方式加工至少3个一定间隔的周向槽道，周向槽道所在的平面与 轴向槽道所在的平面正交；(3)加工均温接头保护外壳，保护外壳内径与 步骤(1)中轴向槽道热管加工出的圆柱端外径一致，且要求一定的正公差； (4)加工均温接头主管壳和支管壳；主管壳和支管壳外径与均温接头保护 壳外径一致，并要求外径有一定的负公差，用于与保护外壳的孔进行配合； 主管壳和支管壳轴向截面尺寸(包括轴向槽道数量，轴向槽道尺寸、蒸汽通 道尺寸)与轴向槽道管壳轴向截面尺寸完全一致，轴向槽道可采用线切割的 方式加工；主管壳和支管壳内部也需加工周向槽，周向槽的宽度与深度均与 轴向槽道热管管壳内的周向槽一致，可在轴向槽加工完成后，采用电火花的 方式加工周向槽；主管壳中部的V型槽接口和支管壳端部的V型凸起接口可 用线切割方式加工，要求加工时，主管壳中部的V型槽接口贯穿轴向槽道和 蒸汽通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上。支管壳的V形凸起接口尖端 位于主管壳的轴线上；(5)加工封装端盖，封装端盖为圆柱形结构，其外 径与步骤(1)中轴向槽道热管管壳加工出的沉槽内径一致，并要求一定的 负公差，若异型热管系统中，均温接头也存在自由端，也需加工与均温接头 保护壳内径相匹配的封装端盖；(6)加工充装端盖，充装端盖为圆柱形结 构，其外径与步骤(1)中轴向槽道热管管壳加工出的沉槽内径一致，并要 求一定的负公差，并在充装端盖中间打通孔，通孔直径要求一定的正公差； (7)加工充装管，充装管外径与充装端盖中部的通孔直径一致，并要求一 定的负公差；(8)先将带V型槽的主管壳放入均温接头保护壳内，再将带 有V型凸起的支管壳放入均温接头保护壳，并使支管壳的V型凸起卡入主管 壳的V型槽，保证在V型接口处，主管壳内的轴向槽道与支管壳的轴向槽道 一一对应，主管壳和支管壳的蒸汽通道互相连通；(9)将金属丝网放入主 管壳和支管壳，并紧贴主管壳和支管壳内壁面；(10)将步骤(1)加工的 轴向槽道热管管壳圆柱端插入均温接头保护壳，与支管壳A端和主管壳的B、 C端对接；保证在对接处，轴向槽道热管管壳的轴向槽道与主管壳和支管壳 的轴向槽道一一对应，蒸汽通道一一对应，并保证主管壳和支管壳内的金属 丝网有一部分在轴向槽道热管内，并与轴向槽道热管内壁面紧贴；(11) 在保持轴向槽道热管管壳与均温接头对接的状态下，进行焊接固定和密封； (12)将充装端盖放入轴向槽道热管自由端的沉槽内，并焊接固定密封；(13) 将充装管插入充装端盖的通孔，并焊接固定密封；(14)将封装端盖放入轴 向槽道热管管壳其他自由端的沉槽内，并焊接固定密封；若均温接头也存在 自由端，需将与均温接头保护壳内径相匹配的封装端盖插入均温接头保护壳， 并与均温接头保护壳焊接成一体。
本发明提供一种方形管壳十字型接头，方形管壳十字型接头和与之匹配 的毛细轴向槽道热管管壳连接组成一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交 叉或者一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉混合的内部毛细轴向槽道 和蒸汽通道互相连通的二维平面大型热管，代替传统正交搭接热管系统，可 有效解决目前通讯卫星舱板热管正交搭存在的搭接热阻较大，传热和均温效 果不佳的问题。本发明的方形管壳十字型接头，主管壳的毛细轴向槽道与支 管壳的毛细轴向槽道形状尺寸完全相同，且主管壳与支管壳的毛细轴向槽道 纵横相连，并且能够导通，因此液体工质可以通过十字型接头进行分流。而 且本发明的方形管壳十字型接头，可以一体加工成型，加工工艺性好，实现 方法简单。
本发明的方形管壳十字型接头，毛细轴向槽道纵横相连处铺有金属丝网， 因此液态工质经由十字型接头时，可借助金属丝网的毛细吸力，分流进入其 他端口的毛细轴向槽道内。本发明的方形管壳十字型接头，横截面为矩形， 毛细轴向槽道位于蒸汽通道外侧，且位于蒸汽通道的两个相对的平行面上， 因此方形管壳十字型接头以及与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳可以扁平 化，即可减小方形管壳十字型接头以及与之匹配的毛细轴向槽道热管管壳厚 度，减小卫星舱板厚度。
Claims (12)
1.一种方形管壳十字型接头，其特征在于包括：主管壳和支管壳、主管壳和支管壳内部均包含多个毛细轴向槽道、蒸汽通道和周向槽道；主管壳和支管壳均为中空结构，中空部分为蒸汽通道，蒸汽通道截面为四个角带有导圆角的矩形；毛细轴向槽道均布于主管壳和支管壳内壁面，且位于蒸汽通道的两个相对的平行宽面上，并与蒸汽通道连通；毛细轴向槽道内流动液体工质，蒸汽通道流动蒸汽工质，多个周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通；主管壳和支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头。
2.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：主管壳和支管壳即能够分开加工后连接在一起，也能够将主管壳和支管壳合为一体，进行整体加工，成为一个零件。
3.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：主管壳上设有与支管壳数量相同的V形槽接口，V形槽贯穿毛细轴向槽道和蒸汽通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上。
4.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：支管壳的一端设有与主管壳V形槽接口相匹配的V形凸起接口，与主管壳的V形槽接口相连接V形凸起接口的尖端位于主管壳的轴线上。
5.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：主管壳上设有多个平行布置的周向槽道；每个周向槽道所在的平面与主管壳内的毛细轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳内的毛细轴向槽道相连导通。
6.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：支管壳上设有多个平行布置的周向槽道；每个周向槽道所在的平面与主管壳内的毛细轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与支管壳内的毛细轴向槽道相连导通。
7.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：主管壳和支管管壳的截面形状尺寸完全一致，主管壳和支管壳的毛细轴向槽道与支管壳的毛细轴向槽道数量形状尺寸完全相同，蒸汽通道形状尺寸完全一致。
8.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：主管壳和支管壳垂直交叉形成方形管壳十字型接头，具体为：采用主管壳和两个支管壳，主管壳上沿轴线对称设置有两个V形槽接口，两个支管壳一端设有的V形凸起接口，分别插入对称设置的主管壳V形槽接口内，形成十字形状的接头；十字形状的接头内，主管壳和支管壳的毛细轴向槽道一一对应，相互连通，主管壳和支管壳的蒸汽通道相互连通。
9.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：十字型接头可与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳连接，在连接处密封焊接，在毛细轴向槽道热管管壳和十字型接头不互相连接的一个自由端焊接带有通孔的充装端盖，在充装端盖的通孔上焊接充装管，在毛细轴向槽道热管管壳和十字型接头不互相连接的其他自由端，焊接封装端盖，组成异型热管系统，通过充装管充入汽液相变传热工质，形成充有汽液相变传热工质的二维平面大型热管；在二维平面大型热管的任意位置加热，加热处的毛细轴向槽道内的液体工质吸热蒸发，产生高压蒸汽进入蒸汽通道，蒸汽工质在密闭系统温度较低部位放热冷凝成液态，再由蒸汽通道进入毛细轴向槽道，液体工质再沿相互连通的毛细轴向槽道靠受热蒸发部位产生的毛细抽吸力的作用回流到受热蒸发部位，通过工质流动和汽液相变，实现二维平面大型热管的传热和均温。
10.根据权利要求8所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳的蒸汽通道截面尺寸、毛细轴向槽道数量和毛细轴向槽道截面尺寸都与主管壳和支管壳的完全相同；在毛细轴向槽道热管管壳插入方形管壳十字型接头后，毛细轴向槽道热管管壳的毛细轴向槽道与主管壳和支管壳的毛细轴向槽道一一对应，相互连通；毛细轴向槽道热管管壳的蒸汽通道与主管壳和支管壳的蒸汽通道一一对应，互相连通。
11.根据权利要求8所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于:与其匹配的毛细轴向槽道热管管壳可与十字型接头的4个接口中的任意2个、3个或4个相连，组成一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉或者一字型、L型交叉、T型交叉、十字型交叉混合的二维平面大型热管。
12.根据权利要求1所述的一种方形管壳十字型接头，其特征在于：与其匹配的的毛细轴向槽道热管管壳，在管壳外侧设有翅片，用于固定并增加导热面积，在与接头相连的端部平行布置多个周向槽道，每个周向槽道所在的平面与毛细轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与毛细轴向槽道相连导通。
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