热管蒸气腔内的蒸气流动与收缩-扩散喷管中的气体流动十分类似。在蒸发段开始端，蒸发速度为零，沿蒸发段不断蒸发，蒸气的质量流量不断增加，蒸气不断被加速，在蒸发段出口处达到最大值，而温度逐渐下降；在冷凝段，随着蒸气不断凝结，流动减慢，温度回升，进一步降低冷凝段温度，使蒸气凝结加速，在蒸发段出口处，蒸气达到声速，也就达到了临界状态，并出现了阻塞现象，此时热管的正常工作被破坏，即使进一步减小冷凝段与冷凝热阻，热流量也不再增加。因此蒸发段出口截面蒸气流速达到当地声速时所对应的传热量称为声速传热极限。

图6-5　热管长度与传热极限

图6-　6热管直径与传热极限

根据一维蒸气流动理论，可导出声速极限表达式。假定蒸气流动遵循理想气体定律，且惯性影响起主导作用，摩擦力可忽略不计，由一维动能量方程

代入理想气体方程

可得(www.daowen.com)

当Mv=1时，可得热管声速传热极限为

式中，dv为热管蒸气腔直径，m；Wv为热管中的蒸气速度，m/s；Mv为热管中的蒸气质量，kg；ρ。为蒸气密度，kg/m3；h为汽化潜热，J/kg；Vv为蒸气比热比（对单原子蒸气Vv=5/3，双原子蒸气Vv=7/5，多原子蒸气Vv=4/3）；Rv为蒸气的气体常数。

令

则

对确定的工质及工作温度，Ks为常数。因此，由上式可看出热管的声速传热极限与热管管径的平方成正比，与长度无关。其变化关系如图6-6中曲线2所示。