CN109297329B - 一种带有周向槽道的槽道热管及其连接方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种带周向槽的轴向槽道热管及其连接方法，多个带周向槽的轴向槽道热管管壳通过均温接头组合成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统。轴向槽道热管管壳在与均温接头相连的端口处设有多个平行布置的周向槽道，每个周向槽道与轴向槽道管壳内的轴向槽道相连导通。均温接头包括主管壳和支管壳，主管壳和支管壳内部都设有轴向槽道和周向槽道。主管壳和支管壳内的轴向槽道和周向槽道与轴向槽道热管管壳内的轴向槽道和周向槽道的尺寸完全一致。内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统可替代传统的正交搭接热管系统，避免热管之间的搭接热阻，大大提高传热效率和均温效果，并降低热管布置难度。

Description

一种带有周向槽道的槽道热管及其连接方法

技术领域

本发明涉及一种带有周向槽道的槽道热管及其连接方法，属于相变传热技术领域。

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。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种带周向槽的槽道热管及其连接方法，可将多个带周向槽道的槽道热管通过均温接头连接成一个内部轴向槽道和蒸汽通道都互相连通的异型热管系统，替代传统通讯卫星大功率行波管热控用的正交搭接热管系统，解决现有搭接热管系统传热效率低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种带周向槽的槽道热管及其连接方法，其管壳包含多个轴向槽道、周向槽道、蒸汽通道以及翅片。管壳为中空圆形结构，中空部分为蒸汽通道，管壳内壁沿周向间隔平行布置多个微小尺寸开口的轴向槽道，作为液体通道，液体与蒸汽可通过轴向槽道开口处的汽液界面进行传热传质。翅片位于管壳外圆周上，用于管壳的固定安装，并增加热管导热面积；多个周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面与轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与轴向槽道相连导通。

多个带周向槽的槽道热管管壳可通过均温接头连接，组成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型热管系统。

均温接头由保护外壳、主管壳和支管壳组成。主管壳和支管壳都为中空圆形结构，中空部分为蒸汽通道，主管壳和支管壳内壁沿周向间隔平行布置多个微小尺寸开口的轴向槽道，作为液体通道，液体与蒸汽可通过轴向槽道开口处的汽液界面进行传热传质。主管壳和支管壳内部的轴向槽道数量、轴向槽道尺寸以及蒸汽通道尺寸与带周向槽的轴向槽道热管的完全一致。主管壳和支管壳内壁也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和支管壳内的轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳和支管壳内的轴向槽道相连导通。

均温接头主管壳中部上设有与支管壳数量相同的V形槽接口，V形槽贯穿轴向槽道和气体通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上。均温接头支管壳上设有与主管壳V形槽接口相匹配的V形凸起接口，V形凸起接口的尖端位于主管壳的轴线上。主管壳和支管壳都放置在均温接头保护壳内部，支管壳上的V型凸起卡入主管壳的V型槽，保证主管壳和支管壳内部的轴向槽道在V型对接部位一一对应，主管壳蒸汽通道与支管壳蒸汽通道相互连通。主管壳和支管壳内部铺设金属丝网，金属丝网紧贴主管壳和支管壳内壁。

均温接头主管壳两端分别与两根带周向槽的轴向槽道热管管壳对接，对接处，主管壳内的轴向槽道与轴向槽道热管管壳的轴向槽道一一对应，主管壳蒸汽通道与轴向槽道热管管壳蒸汽通道相互连通；均温接头支管壳不带V 型凸起的一端与1根带周向槽的轴向槽道热管管壳对接，对接处，支管壳内的轴向槽道与轴向槽道热管管壳的轴向槽道一一对应，支管壳蒸汽通道与轴向槽道热管管壳蒸汽通道相互连通。

带周向槽的槽道热管管壳可与均温接头接头的3个接口中的任意2个、或者3个连接，组成一字型、L型交叉、T型交叉或者一字型、L型交叉、T 型交叉混合的异型热管系统。

在多个带周向槽道的轴向槽道热管管壳通过多个均温接头连接组成一个异型槽道热管系统时，轴向槽道热管管壳与均温接头连接处需焊接密封。轴向槽道热管管壳和均温接头互不连接的自由端中，轴向槽道热管管壳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；轴向槽道热管管壳和均温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。

当异型槽道热管系统中的某个管壳部位受热时，该部位轴向槽道内的液体工质吸热蒸发，变成高压蒸汽进入蒸汽通道，高压蒸汽通过相互连通的蒸汽通道进入异型热管系统除受热部位的其它任意部位，并在其它任意部位内壁面冷凝成液体工质，液体工质再沿相互连通的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，如此循环不已，通过工质流动和汽液相变，实现异型热管系统的传热和均温。

一种带有周向槽道的槽道热管的连接方法，步骤如下：

(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，车掉一定长度的翅片，形成一定长度的圆柱端；对轴向槽道热管管壳不需要与均温接头相连的端部，在管壳端部内侧加工一定长度的沉槽，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，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该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；

(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，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；

(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；

(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，并在充装端盖中间打通孔；

(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；

(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；

(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，与主管壳和支管壳端部对接；保证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，至此，完成连接。

本发明提供的带有周向槽的轴向槽道热管及其连接方法相对于现有技术，具有如下有益效果：

(1)本发明可以将多个轴向槽道热管通过均温接头连接在一起，组成内部轴向槽道和蒸汽通道相互连通的异型热管系统，有效解决了现有正交搭接布置热管系统存在的传热效率低的问题，提高了传热效果。

(2)本发明多个轴向槽道热管管壳通过均温接头进行连接，组成内部轴向槽道和蒸汽通道相互连通的异型热管系统，可整体预埋在卫星舱板内，替代现有的正交搭接布置热管系统，因异型热管系统中的管壳都通过均温接头相连，都在同一个平面内，避免了2层热管搭接造成的高度增加，从而可降低卫星舱板厚度，节省卫星重量；

(3)本发明槽道热管的端口处以及均温接头内的主管壳和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轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳内的轴向槽道相连导通，因此液体工质分流后可沿周向槽道均匀的分布在轴向槽道内；

(4)本发明主管壳、支管壳以及槽道热管一端的端口处的内气体通道内壁设有金属丝网，主管壳的气体通道内的金属丝网与支管壳的气体通道内的金属丝网接触，槽道热管内的金属丝网与主管壳和支管壳的气体通道内的金属丝网接触，通过金属丝网可增加液体工质流动的毛细力，因此，液体工质在分流时可沿金属丝网均匀的分布在轴向槽道内。

附图说明

图1为三根带周向槽的槽道热管的T型连接截面示意图。

图2 T型连接截面示意图2。

图3为三根槽道热管的T型连接示意图。

图4为多根槽道热管通过多个均温接头连接组成的异型热管系统示意图1。

图5为多根槽道热管通过多个均温接头连接组成的异型热管系统示意图2。

图6为舱板正交热管布置方式示意图。

图7为一种本发明优选方案T型正交热管及其测试数据图。

图8为大气条件下优选的由本发明的带有轴向槽道的槽道热管组成的 平面结构的桁架式气液相变传热装置测试数据图。

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。

本发明涉及相变传热技术领域，公开了一种带周向槽的轴向槽道热管及其连接方法，多个带周向槽的轴向槽道热管管壳通过均温接头组合成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统。轴向槽道热管管壳在与均温接头相连的端口处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轴向槽道管壳内的轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与轴向槽道管壳内的轴向槽道相连导通。均温接头包括主管壳和支管壳，主管壳和支管壳内部都设有轴向槽道和周向槽道。主管壳和支管壳内的轴向槽道和周向槽道与轴向槽道热管管壳内的轴向槽道和周向槽道的尺寸完全一致。内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统可替代传统的正交搭接热管系统，避免热管之间的搭接热阻，大大提高传热效率和均温效果，并降低热管布置难度。

图1～8中涉及的标号为：1:均温接头保护外壳；2:均温接头支管壳；3: 均温接头主管壳；4:A端，5:B端；6:C端；7:周向槽道；8:轴向槽道；9:槽道热管管壳；10:金属丝网；11:蒸汽通道；12:充装管；13：充装端盖；14：槽道热管管壳封装端盖；15：翅片，16：均温接头封装端盖。

如图1和图3所示，本发明提供的一种带周向槽道的槽道热管，其管壳包含多个轴向槽道、周向槽道、蒸汽通道以及翅片。管壳为中空圆形结构，中空部分为蒸汽通道(如图2和图7所示)，管壳内壁沿周向间隔平行布置多个微小尺寸开口的轴向槽道，作为液体通道，液体与蒸汽可通过轴向槽道开口处的汽液界面进行传热传质。翅片位于管壳外圆周上，用于管壳的固定安装，并增加热管导热面积；多个周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面与轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与轴向槽道相连导通。

带周向槽的槽道热管管壳可先通过挤压成型，加工出带轴向槽道的热管管壳，再用点火花的方式加工周向槽。

如图4和图5所示，多个带周向槽的槽道热管管壳可通过均温接头连接，组成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型热管系统。

如图1所示，均温接头由保护外壳、主管壳和支管壳组成。主管壳和支管壳都为中空圆形结构，中空部分为蒸汽通道，主管壳和支管壳内壁沿周向间隔平行布置多个微小尺寸开口的轴向槽道，作为液体通道，液体与蒸汽可通过轴向槽道开口处的汽液界面进行传热传质。主管壳和支管壳内部的轴向槽道数量、轴向槽道尺寸以及蒸汽通道尺寸与带周向槽的轴向槽道热管的完全一致。

如图1所示，主管壳和支管壳内壁也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和支管壳内的轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳和支管壳内的轴向槽道相连导通。可先用线切割方式加工主管壳和支管壳内部的轴向槽，再用点火花方式加工主管壳和支管壳内部的周向槽。

如图1所示，主管壳中部用线切割方式加工出与支管壳数量相同的V形槽接口，要求V形槽贯穿轴向槽道和气体通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上。支管壳的一端用线切割方式加工与主管壳V形槽接口相匹配的V形凸起接口，要求V形凸起接口的尖端位于主管壳的轴线上。

如图1所示，主管壳和支管壳都放置在均温接头保护壳内部，支管壳上的V型凸起卡入主管壳的V型槽，保证主管壳和支管壳内部的轴向槽道在V 型对接部位一一对应，互相连通，并保证主管壳蒸汽通道与支管壳蒸汽通道相互连通。主管壳和支管壳内部再铺设金属丝网，要求金属丝网紧贴主管壳和支管壳内壁。

如图1所示，带周向槽的槽道热管管壳插入均温接头保护壳，与支管壳 A端对接；带周向槽的槽道热管管壳插入均温接头保护壳，与主管壳的B端和C端对接；在对接部位，保证轴向槽道热管管壳的轴向槽道与主管壳和支管壳上的轴向槽道一一对应，轴向槽道热管管壳的蒸汽通道与主管壳和直管壳的蒸汽通道一一对应，并保证主管壳和支管壳内壁面铺设的金属丝网伸入轴向槽道热管管壳内部一部分。

如图4和图5所示，多个带周向槽道的轴向槽道热管管壳可通过多个均温接头连接组成一个异型槽道热管系统，带周向槽道的轴向槽道热管管壳可与均温接头的3个接口中的任意2个或3个连接，组成一字型、L型交叉、 T型交叉或者一字型、L型交叉、T型交叉混合的异型槽道热管系统，如图7 所示。在对接部位，轴向槽道热管管壳的轴向槽道与主管壳和支管壳上的轴向槽道一一对应，轴向槽道热管管壳的蒸汽通道与主管壳和直管壳的蒸汽通道一一对应，并保证主管壳和支管壳内壁面铺设的金属丝网伸入轴向槽道热管管壳内部，从而保证异型槽道热管系统内的轴向槽道和蒸汽通道都互相连通，从而保证异型热管系统内的汽液相变传热工质可在整个异型热管系统内部循环。

如图4和图5所示，轴向槽道热管管壳与均温接头连接处需焊接密封。轴向槽道热管管壳和均温接头互不相连的自由端中，轴向槽道热管管壳至少有一个自由加工一定深度的沉槽，沉槽内径保证一定的正公差，在该自由端沉槽内放入一个充装端盖，充装端盖与轴向槽道管壳焊接成一体；充装端盖中部开一个通孔，通孔孔径保证一定的正公差，在通孔中插入一个外径与其匹配的充装管，并将充装管与充装端盖焊接成一体；在轴向槽道热管管壳和均温接头不相连的其他自由端中，也需要加工一定深度的沉槽，沉槽直径保证一定的正公差，在其他自由端中放入封装端盖，封装端盖与轴向槽道热管管壳焊接成一体；若均温接头也存在自由端，则需在该自由端放入与均温接头保护壳内径相匹配的封装端盖，并将此封装端盖与均温接头保护壳焊接成一体。

如图6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，

在异型热管系统所有需要焊接的部位焊接完成后，需通过充装管连接打压设备，对异型热管系统进行打压试验，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2连接氦质谱检漏设备，对异型热管系统进行氦质朴检漏，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2对异型热管系统进行工质充灌。充灌完成后，需对充装管2进行冷焊密封。

轴向槽道热管管壳、均温接头保护壳、均温接头主管壳和支管壳、充装端盖、充装管以及封装端盖都需选用与汽液相变传热工质相容的材料。

当异型槽道热管系统中的某个管壳部位受热时，该部位轴向槽道内的液体工质吸热蒸发，变成高压蒸汽进入蒸汽通道，高压蒸汽通过相互连通的蒸汽通道进入异型热管系统除受热部位的其它任意部位，并在其它任意部位冷凝成液体工质，液体工质再沿相互连通的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，如此循环不已，通过工质流动和汽液相变，实现异型热管系统的传热和均温。

为进一步更好的实现传热和均温，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。

异型槽道热管正常工作时，管壳受热蒸发部位产生的毛细压头(ΔP_c)是异型槽道热管内循环的动力，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(ΔP_cλ)、蒸汽工质在蒸汽通道内的沿程阻力损失(ΔP_vλ)，由于在均温接头部位，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均温接头处的局部阻力损失(ΔP_lζ)和蒸汽工质在均温接头处的局部阻力损失ΔP_vζ。在地面应用时，若异型槽道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(ΔP_lg),ΔP_lg可为正值或负值，视异型槽道热管系统方位及管壳受热部位而定，若异型槽道热管系统非水平放置时，受热部位在异型槽道热管系统的最下端，则所有方位的液体工质在流动时都受到重力辅助作用(ΔP_lsg)，若受热部位在异型槽道热管系统中间部位，则受热部位上方液体回流时会受重力辅助作用(ΔP_lsg)，而受热部位下方液体回流时则会受重力阻碍作用(ΔP_lxg)。

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：

ΔP_c+ΔP_lsg≥ΔP_lλ+ΔP_lξ+ΔP_vλ+ΔP_vξ+ΔP_lxg (1)

式(1)中，ΔP_c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，优选如下公式：

当接触角θ＝0°时，毛细压头达到最大(ΔP_cmax),即：

式(1)中液体回流沿程阻力损失ΔP_lλ与液体通道几何尺寸(l_eff工质有效流动长度，D_l液体流通截面水利直径)以及液体流动速度(v_l)有关，优选如下公式：

式(4)中，ρ_l为液体密度，λ_l为液体工质流动沿程阻力系数，与雷诺数R_e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，λ_l与R_e优选如下关系式：

雷诺数R_e则与液体工质的流动速度v_l、密度ρ_l以及黏性系数μ_l有关，优选如下关系式：

联合式(4)、(5)、(6)可得：

式(1)中液体回流在均温接头处的局部阻力损失ΔP_lξ与均温接头处液体通道几何尺寸(l_effj均温接头处液体有效流动长度，D_lj均温接头处液体流通截面水利直径)以及液体流动速度(v_lj)有关，优选如下公式：

式(8)中，ξ_l为均温接头处液体流动局部压力损失系数，与均温接头处的结构及尺寸有关，ξ_l需借助于实验来测定。

同理，可得：

式(9)和式(10)中，μ_v为蒸汽粘性系数，ρ_v为蒸汽密度，v_v为蒸汽流动速度，D_v为蒸汽流通截面水利直径，ξ_v为均温接头处蒸汽通道局部压力损失系数，需借助于实验来测定，l_effv为均温接头处蒸汽有效流动长度，D_vj为均温接头处蒸汽流通截面水利直径，v_vj为均温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，沿程阻力损失和均温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(Q_max)，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。Q_max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Q_max，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均温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Q_max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Q_max小。

为尽可能提高异型热管系统的传热能力，带周向槽的槽道热管及均温接头优选方案为：管壳内部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；蒸汽通道截面也为圆形；轴向槽道热管管壳与均温接头对接的一端，以5mm为间隔布置3个宽度与轴向槽道开口尺寸一致的周向槽道；在均温接头主管壳内部以3mm为间隔布置5个宽度与轴向槽道开口尺寸一致的周向槽道；在均温接头支管壳内部以3mm为间隔布置2个宽度与轴向槽道开口尺寸一致的周向槽道。在均温接头内部的金属丝网的网孔宽度与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。

进一步的优选方案如下，带有周向槽道的槽道热管采用如下方案连接，以提高槽道热管的均温性和热管效率，依次按照如下步骤进行：

(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。

本发明优选的一种带有周向槽道的槽道热管的连接方法，具体实施步骤如下：

(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。

如图8所示为大气条件下优选的由本发明的带有轴向槽道的槽道热管组成的平面结构的桁架式气液相变传热装置测试数据图，实验时桁架式汽液相变传热装置为水平桁架结构，装置中的一个槽道热管加热，与该加热槽道热管一定距离的几个槽道热管连接制冷机冷板，装置整体包覆保温棉。测试结果表明本发明的带有轴向槽道的槽道热管组成的装置传热能力良好，传热效率显著提高。

本发明槽道热管的端口处以及均温接头内的主管壳和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轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳内的轴向槽道相连导通，因此液体工质分流后可沿周向槽道均匀的分布在轴向槽道内；本发明主管壳、支管壳以及槽道热管一端的端口处的内气体通道内壁设有金属丝网，主管壳的气体通道内的金属丝网与支管壳的气体通道内的金属丝网接触，槽道热管内的金属丝网与主管壳和支管壳的气体通道内的金属丝网接触，通过金属丝网可增加液体工质流动的毛细力，因此，液体工质在分流时可沿金属丝网均匀的分布在轴向槽道内。

本发明可以将多个轴向槽道热管通过均温接头连接在一起，组成内部轴向槽道和蒸汽通道相互连通的异型热管系统，有效解决了现有正交搭接布置热管系统存在的传热效率低的问题，提高了传热效果，本发明多个轴向槽道热管管壳通过均温接头进行连接，组成内部轴向槽道和蒸汽通道相互连通的异型热管系统，可整体预埋在卫星舱板内，替代现有的正交搭接布置热管系统，因异型热管系统中的管壳都通过均温接头相连，都在同一个平面内，避免了2层热管搭接造成的高度增加，从而可降低卫星舱板厚度，节省卫星重量。

Claims (10)

1.一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：管壳包含多个轴向槽道、周向槽道、蒸汽通道以及翅片；管壳为中空圆形结构，中空部分为蒸汽通道，管壳内壁沿周向间隔平行布置多个轴向槽道，作为液体通道，液体与蒸汽能够通过轴向槽道开口处的汽液界面进行传热传质；翅片位于管壳外圆周上，用于管壳的固定安装，并增加热管导热面积；多个周向槽道平行布置，每个周向槽道所在的平面与轴向槽道所在的平面正交，周向槽道与轴向槽道相连导通；

多个带有周向槽的槽道热管通过均温接头组合成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统；

均温接头，包括主管壳、支管壳和保护外壳；主管壳和支管壳都为中空圆形结构，中空部分为蒸汽通道，主管壳和支管壳内壁沿周向间隔平行布置多个微小尺寸开口的轴向槽道，作为液体通道，液体与蒸汽可通过轴向槽道开口处的汽液界面进行传热传质；主管壳和支管壳的轴向截面尺寸与轴向槽道热管的轴向截面尺寸完全一致；主管壳和支管壳均放置在保护外壳内部。

2.根据权利要求1所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：主管壳和支管壳内壁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和支管壳内的轴向槽道所在的平面正交，每个周向槽道与主管壳和支管壳内的轴向槽道相连导通。

3.根据权利要求1所述的一种带有周向槽道的槽道热管，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形槽贯穿轴向槽道和气体通道，V形槽的尖端位于主管壳的轴线上，主管壳的两端分别与两根带周向槽的槽道热管对接。

4.根据权利要求1所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：支管壳上设有与主管壳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；支管壳的另一端与1根带周向槽的槽道热管对接。

5.根据权利要求2所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：主管壳和支管壳内壁面设有金属丝网。

6.根据权利要求5所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：主管壳和支管壳内壁面设置的金属丝网，需与主管壳和支管壳对接的槽道热管内的轴向槽道有一部份重叠。

7.根据权利要求1所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：多个带有周向槽的槽道热管通过均温接头组合成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统，槽道热管与均温接头之间需焊接密封；槽道热管不与均温接头相连的自由端至少有1个，必须有1个需焊接充装端盖，充装端盖上设有通孔，通孔上需焊接1根充装管用于工质充装；若轴向槽道热管不与均温接头相连的自由端大于2个，则其他自由端需焊接封装端盖，用于异型槽道热管系统密封；异型槽道热管系统工质充装完毕后，充装管需通过冷焊密封。

8.根据权利要求7所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：多个带有周向槽的槽道热管通过均温接头组合成一个内部轴向槽道和蒸汽通道互相连通的异型槽道热管系统时，与轴向槽道热管与均温接头的连接端需布置3个以上的周向槽道，主管壳需布置至少3个周向槽，支管壳需布置至少2个周向槽。

9.根据权利要求7所述的一种带有周向槽道的槽道热管，其特征在于：异型槽道热管系统中的某个管壳部位受热时，该部位轴向槽道内的液体工质吸热蒸发，变成高压蒸汽进入蒸汽通道，高压蒸汽通过相互连通的蒸汽通道进入异型热管系统除受热部位的其它任意部位，并在其它任意部位内壁面冷凝成液体工质，液体工质再沿相互连通的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，如此循环不已，通过工质流动和汽液相变，实现异型热管系统的传热和均温。

10.一种带有周向槽道的槽道热管的连接方法，其特征在于步骤如下：

(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，车掉一定长度的翅片，形成一定长度的圆柱端；对轴向槽道热管管壳不需要与均温接头相连的端部，在管壳端部内侧加工一定长度的沉槽，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，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该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；

(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，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；

(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；

(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，并在充装端盖中间打通孔；

(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；

(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；

(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，与主管壳和支管壳端部对接；保证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，至此，完成连接。

Images