[科普中国]-旋转热管

原理

起初，旋转热管的概念比较狭窄，人们认为它是一种靠离心力的分力使冷凝液回流到蒸发段的两相热虹吸管。管内流型为环状流，显然这种流动方式只有在高速且小充液量下才能出现。后来研究对象扩大到中、低速旋转热管，在这种状况下，工质流型以分层流为主，工质回流靠离心力和重力的共同作用。在低转速下，重力的作用甚至还占主导地位。可见，按这种工作方式运行的热管与原先旋转热管的概念有所不同。2

旋转热管的工作原理如图，旋转物体内部为一个锥台形的密封空腔，内壁不用装管芯，蒸发段处的内径稍大于冷凝段处的内径，当高速旋转时利用液体所受的离心力沿路面的分量，把冷凝液输送到蒸发段，由于此离心力的分量较大，流动阻力较小，因而旋转热管的传热能力很大．旋转热管不存在毛细限，声速限与普通热管相似，但此种热管蒸汽空间常常较大，一般不易出现声速限，同样也不易出现携带限。

结构与分类根据热管的轴线与其旋转轴的相对位置，可将其分为旋转热管和回转热管两大类。热管轴线与旋转轴一致的称为旋转热管。热管轴线与旋转轴不一致的均称为回转热管，但习惯上人们将之统称为旋转热管。同转热管又分为3种类型：①热管轴线与旋转轴平行；②热管轴线与旋转轴垂直；③热管轴线与旋转轴成一定角度，它介于前两者之问。

当然旋转热管也有轴向与径向之分。从其内部的几何形状来看亦是各式各样。其基本结构为一空心轴，空心轴的内部可作成圆锥形、圆柱形、圆环形及圆柱台阶形。为了强化内部的传热，还可在内部插入多孔管等。

实际应用的旋转热管，其内腔一般为圆柱形或圆锥形。圆柱形内腔虽然比圆锥形内腔容易加工，但后者的传热性能更好。这是因为前一种热管冷凝液的回流，主要取决于冷凝段与蒸发段液膜厚度差造成的液体压力梯度，因此冷凝段液膜较厚，传热系数较低；而圆柱形内腔旋转热管，在冷凝段凝结的液体受离心力分力的作用，沿壁面回到蒸发段，故冷凝段的液膜较薄，传热系数也高。综合考虑加工性能和传热性能，旋转热管内腔以采用台阶形为好。

特点旋转热管除了具备普通热管的基本特点，如相变传热及无需外加动力之外，还具有如下优越性：

①因工质回流靠离心力或重力推动，故毛细多孔结构的吸液芯就不需要了，因此结构简单，价格低廉。

②由于离心力的作用，热量和质量的传递比在普通热管中显著提高了，离心力场加强了蒸发段的对流作用，因而提高了蒸发段管内的传热系数，沸腾时将提高极限热流密度。冷凝段在离心力的作用下，工质回流能力提高，液膜厚度减薄，进而亦使管内传热系数提高。

③鉴于旋转热管自身的转动，与此同时也强化了与周围环境的热交换，因而传热效果亦更佳。