热管通常分为吸液芯型热管和重力热管,其制作工艺大致相同。对吸液芯型热管,制作工艺包括:①机械加工;②清洗;③管芯制作;④清洗;⑤焊接;⑥检漏;⑦除气;⑧检漏;⑨充装;⑩封接;⑪烘烤;⑫检验。
重力热管制作工艺如下:①机械加工(管壳、端盖,或者直接采购);②前处理(管壳、端盖除油除锈);③烘干;④端盖焊接(氩弧焊,焊口打磨);⑤充装工质;⑥排空气(烘烤);⑦封头焊接(氩弧焊);⑧检验。
热管的主要零部件为管壳、端盖(封头)、吸液芯、腰板(连接密封件)。不同类型的热管对这些零部件有不同的要求。
1.管壳
热管的管壳大多为金属无缝钢管,根据不同需要可以采用不同材料,如铜、铝、碳钢、不锈钢、合金钢等。管子可以是标准圆形,也可以是异形的,如椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等。管径可以从2 mm到200 mm,甚至更大。长度可以从几毫米到100 m,甚至更长。低温热管换热器的管材在国外大多采用铜、铝作为原料。采用有色金属作管材主要是为了满足与工作液体相容性的要求。
2.端盖
热管的端盖具有多种结构形式,它与热管连接方式也因结构形式而异。端盖外圆尺寸可稍小于管壳。配合后,管壳的突出部分可作为氩弧焊的熔焊部分,不必再填焊条,焊口光滑平整、质量容易保证。
旋压封头是国内外常采用的一种形式,旋压封头是在旋压机上直接旋压而成,这种端盖形式外形美观,强度好、省材省工,是一种良好的端盖形式。
3.吸液芯结构
吸液芯是热管的一个重要组成部分。吸液芯的结构形式将直接影响热管和热管换热器的性能。近年来随着热管技术的发展,各国研究者在吸液芯结构和理论研究方面做了大量工作,下面对一些典型的结构作简要的介绍。
一个性能优良的管芯应具有:
(1)足够大的毛细抽吸力或较小的管芯有效孔径;
(2)较小的液体流动阻力,即有较高的渗透率;(www.daowen.com)
(3)良好的传热特性,即有小的径向热阻;
4.管芯的结构形式
管芯的结构形式大致可分为以下几类。
1)紧贴管壁的单层及多层网芯
此类管芯多层网的网层之间应尽量紧贴,网与管壁之间亦应贴合良好,网层数有1~4或更多,各层网的目数可相同或不同。若网层多,则液体流通截面大,阻力小,但径向热阻大;用细网时,毛细抽吸力大但流动阻力亦增加。如在近壁数层用粗孔网,表面一层用细孔网,这样可由表面细孔网提供较大的毛细抽吸力,通道内的粗孔网使流动阻力较小,但并不能克服径向热阻大的缺点。网芯式结构的管芯可得到较大的毛细抽吸力和毛细提升高度,但因渗透率较低,液体回流阻力较大,热管的轴向传热能力受到限制。此外,其径向热阻较大,工艺重复性差,又不能适应管道弯曲的情况,故在细长热管中逐渐被其他管芯取代。
2)烧结粉末管芯
由一定目数的金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯,也有用金属丝网烧结在管内壁面上的管芯。此种管芯有较大的毛细抽吸力,并较大地改善了径向热阻,克服了网芯工艺重复性差的缺点,但因其渗透率较差,故轴向传热能力仍较轴向槽道式管芯及干道式管芯的小。
3)轴向槽道式管芯
在管壳内壁开轴向细槽以提供毛细压头及液体回流通道,槽的截面形状可为矩形、梯形、圆形及变截面。轴向槽道式管芯虽然毛细压头较小,但液体流动阻力甚小,因此可达到较高的轴向传热能力,径向热阻较小,工艺重复性良好,可获得精确的几何参数,因而可较正确地计算毛细限。此种管子弯曲后性能基本不变,但由于其抗重力工作能力极差,不适于倾斜(热端在上)工作,对于空间的零重力条件则是非常适用的,因此广泛用于空间飞行器。
4)组合管芯
一般管芯往往不能同时兼顾毛细抽吸力及渗透率。为了有大的毛细抽吸力,就要选用更细的网或金属粉末,但它的渗透率较差,组合多层网虽然在此方面有所提高,可是其径向热阻大。组合管芯能兼顾毛细抽吸力和渗透率,从而获得较高的轴向传热能力且径向热阻小。它基本上把管芯分成两部分,一部分起毛细抽吸作用,另一部分起液体回流通道作用。
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