CN111998708A - 一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管 - Google Patents

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王维
丁亮
帅永
李炳熙
张亚宁
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Abstract

一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管，属于传热学的工程应用技术领域，为了解决现有的高温热管传热系数低、易发生冷态启动极限以及冷凝效果差的问题。本发明的管壳为两端封闭的筒形结构；管壳的一端为蒸发段，管壳的另一端为冷凝段，在管壳的蒸发段与冷凝段之间为绝热段；其中，热源作用于管壳的蒸发段，管壳的冷凝段散热于冷源；毛细芯设置在管壳的内侧壁上；内插弹簧为螺旋状结构，并设置在管壳蒸发段的毛细芯内壁上；翅片设置在管壳冷凝段的外壁上。有益效果为传热系数好，不易发生冷态启动极限，冷凝效果较好。

Description

一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管
技术领域
本发明属于传热学的工程应用技术领域。
背景技术
换热元件作为热量交换的设备，被广泛应用于能源、动力和化工等领域；现如今由于能源短缺问题严重，高效紧凑换热元件的研制对节能和降低成本具有重要意义。
高温热管是一种高效换热元件，其通过金属工质的气、液相变传热，具有极高的换热能力，目前是热管领域的热门研究方向之一；高温热管在高超声速飞行器热防护、空间核反应堆冷却、太阳能利用等方面具有广阔的应用前景。
现有的筒形高温热管存在以下不足之处：
1、金属工质在蒸发段易形成边界层，会阻碍对热源热量的吸收，传热系数不高，易发生冷态启动极限导致高温热管启动失败。
2、蒸气在冷凝段的冷凝一般是通过空气对流散热来完成，换热面积较小，冷凝效果较差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的高温热管传热系数低、易发生冷态启动极限以及冷凝效果差的问题，提出了一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管。
本发明所述的一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管，该高温热管包括管壳；
所述管壳为两端封闭的筒形结构；
该高温热管还包括毛细芯、内插弹簧和翅片；
所述管壳的一端为蒸发段，管壳的另一端为冷凝段，在管壳的蒸发段与冷凝段之间为绝热段；其中，热源作用于管壳的蒸发段，管壳的冷凝段散热于冷源；
所述毛细芯设置在管壳的内侧壁上；
所述内插弹簧为螺旋状结构，并设置在管壳蒸发段的毛细芯内壁上；
所述翅片设置在管壳冷凝段的外壁上。
本发明的工作原理为：当热源作用于管壳的蒸发段时，毛细芯内部液体吸热形成流体，流体在内插弹簧的扰动作用下被加强，进而破坏热源与管壳的边界层发展，实现了强化换热；同时，流体经过管壳绝热段向管壳冷凝段运动，流体运动到管壳冷凝段时开始散热，形成冷凝液体，冷凝液体经由毛细芯回流到管壳蒸发段，构成完整循环；流体散出的热量经由翅片实现对流换热。
本发明的有益效果是内插弹簧具有加强管壳蒸发段流体扰动的作用，进而破坏热源与管壳边界层的发展，强化管壳蒸发段气、液相变换的热效果，提高了传热系数，从而缩小高温热管的几何尺寸，提高结构的紧凑性并减少成本；翅片能够大大增加管壳冷凝段的换热面积，可以强化管壳冷凝段的对流散热过程，并降低流动阻力，减少金属消耗量，不易发生冷态启动极限，冷凝效果较好，从而提高了高温热管的经济性和运行可靠性。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管的结构示意图；
图2为具体实施方式一所述的一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管的导热原理示意图；
图3为图1的A-A向剖视图；
图4为图1的B-B向剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管，该高温热管包括管壳1；
所述管壳1为两端封闭的筒形结构；
该高温热管还包括毛细芯2、内插弹簧3和翅片4；
所述管壳1的一端为蒸发段，管壳1的另一端为冷凝段，在管壳1的蒸发段与冷凝段之间为绝热段；其中，热源作用于管壳1的蒸发段，管壳1的冷凝段散热于冷源；
所述毛细芯2设置在管壳1的内侧壁上；
所述内插弹簧3为螺旋状结构，并设置在管壳1蒸发段的毛细芯2内壁上；
所述翅片4设置在管壳1冷凝段的外壁上。
在本实施方式中，毛细芯2具有使冷凝的液体回流到管壳1蒸发段的作用，内插弹簧3具有加强管壳1蒸发段流体的扰动功能，进而破坏热源与管壳1边界层的发展，实现了强化换热的作用；翅片4大大增加了对流换热面积，可以强化管壳1冷凝段的对流散热过程并降低散热过程中流体的阻力，减少金属消耗量，从而提高了本实施方式所述高温热管的经济性和运行可靠性。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管进一步限定，在本实施方式中，所述内插弹簧3由高温陶瓷制成。
在本实施方式中，内插弹簧3由高温陶瓷制成，高温陶瓷材料熔点高，具有耐高温的特性，可适应管壳1蒸发段的高温，而且高温陶瓷材料稳定性好，不易与工质发生化学反应或物理变化，保证了该高温热管具有稳定的传热性能，使本实施方式所述的高温热管具有长期的工作寿命和工业应用的可能性。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管进一步限定，在本实施方式中，所述翅片4为螺旋状结构。
在本实施方式中，翅片4为螺旋状结构能够强化管壳1冷凝段的对流散热过程，并降低散热过程中流体的流动阻力。

Claims (3)

1.一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管，该高温热管包括管壳(1)；
所述管壳(1)为两端封闭的筒形结构；
其特征在于，该高温热管还包括毛细芯(2)、内插弹簧(3)和翅片(4)；
所述管壳(1)的一端为蒸发段，管壳(1)的另一端为冷凝段，在管壳(1)的蒸发段与冷凝段之间为绝热段；其中，热源作用于管壳(1)的蒸发段，管壳(1)的冷凝段散热于冷源；
所述毛细芯(2)设置在管壳(1)的内侧壁上；
所述内插弹簧(3)为螺旋状结构，并设置在管壳(1)蒸发段的毛细芯(2)内壁上；
所述翅片(4)设置在管壳(1)冷凝段的外壁上。
2.根据权利要求1所述的一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管，其特征在于，所述内插弹簧(3)由高温陶瓷制成。
3.根据权利要求1所述的一种内插弹簧外加螺旋翅片的高温热管，其特征在于，所述翅片(4)为螺旋状结构。
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