摘要：根据设计参数，设计了一种钠热管，并对该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、雷诺数、沸腾极限、携带极限、充灌量、不凝气体量及不凝气体对热管换热量的影响等进行了验算。结果表明：该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、沸腾极限、携带极限均满足设计要求。雷诺数为151.28<2300，流动为层流。充灌量和不凝气体量分别为14.8g，3.4×10^-12g，不凝气体对热管的传热量几乎没有影响。

关键词：钠热管；设计；验算

热管的传热量和表观导热系数，是最优良金属导热体的100～1000倍^[1]，因此广泛应用在空间技术、电子电器、能源动力、化工、轻工、冶金等领域。本文依据文献^[1-6]的方法，根据设计要求，设计了一种钠热管，并对其相关参数进行了验算。这将为钠热管在工程中的加工及应用提供强有力的技术指导。

0 设计要求

设计初始假定工作温度1500K，取热管的外管径为25.4mm，热管的放置角度取70°，蒸发段位于冷凝段之上，管长取0.4m，蒸发段和冷凝段各取0.2m，设计传热的最大功率为215W。

1 壳体材料

选用与钠相容的镍为壳体材料，取壁厚为1.65mm。

2 热管的声速限

钠热管在1500K时，物理性质为

=3.577kJ/kg，=2.425kg/m³，=3.117×10^-5Ns/m²，=658 kg/m³，

=1.2410^-4 Ns/m²，=33W/(mK)，=8.2×10^-2N/m，

代入上如数据得到=1.21×10^-4m。

即只要蒸汽腔大于1.21×10^-4m，即不会出现声速极限。

3 吸液芯的选择计算

根据热管的工作状况，决定选用镍制卷制丝网吸液芯进行设计。

3.1吸液芯所需克服的液柱静压头为

=2470N/m²

3.2选取丝网数目

根据文献，可取，所以，可求得=3.3×10^-5m。

查表得到，对多层丝网可取，，因此，求得=15152m^-1，这相当与英制385目，取标准390目，换算成公制为=15354 m^-1。

3.3最大毛细力

由，，得==3.26×10^-5m。

丝网差生的最大毛细压力为

=5031 N/m²。

3.4吸液芯的渗透率

查表得卷绕丝网渗透率为，而，

代入数据后，有=0.588，=1.04×10^-11m²。

3.5吸液芯截面积

=9.23×10^-5m²。

吸液芯的厚度

=1.4×10^-3m。

3.6吸液芯的层数

已知丝径=3.26×10^-5m，而每层网厚为，故层数=21.4。

取整为22层，故实际网厚=1.43×10^-3m。

实际蒸汽腔直径为=-=1.8cm。

4 验算

4.1毛细极限和计算传递的最大功率

吸液芯实际厚度下的毛细极限为

=9.43×10^-5m²。

蒸汽摩擦系数

=1.39×10^-3N/(m²W) 。

液体摩擦系数

=53.7 N/(m²W)，

所以，=238.45 W >215 W。

4.2核算雷诺数

=151.28<2300，流动为层流。

4.3核算沸腾极限

=40.8W/(mK)，

所以，=37.13kW>215 W。

4.4核算携带极限

对于丝网吸液芯，有=1.63×10^-5m，

所以，=71.09kW。

4.5热管的充灌量

=14.8 g。

4.6真空度为时，不凝气体量

取=1500K，=10^{- 6}torr，

=3.4×10^-12g。

4.7不凝气体对热管换热量的影响

热管的周长和蒸汽腔的横截面积为

=7.98×10^-2m，

=2.54×10^-4m。

在最大传热负荷215W时，所需的冷凝段总长度可以计算如下：

蒸发段的蒸汽温度=冷凝段的蒸汽温度=1500K，假定管壳和浸满液体芯的组合传热系数为568W/m²K。

5 结论

根据设计参数，设计了一种钠热管，并对该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、雷诺数、沸腾极限、携带极限、充灌量、不凝气体量及不凝气体对热管换热量的影响等进行了验算。验算结果表明：该钠热管的毛细极限、传递的最大功率、沸腾极限、携带极限均满足设计要求。雷诺数为151.28<2300，流动为层流。充灌量和不凝气体量分别为14.8g，3.4×10^-12g，不凝气体对热管的传热量几乎没有影响。

参考文献

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