申请/专利权人：山东大学

申请日：2018-06-12

公开（公告）日：2020-05-26

公开（公告）号：CN109974490B

主分类号：F28D15/02(20060101)

分类号：F28D15/02(20060101)

优先权：

专利状态码：失效-未缴年费专利权终止

法律状态：2022.05.27#未缴年费专利权终止;2019.07.30#实质审查的生效;2019.07.05#公开

摘要：本发明提供了一种环路热管设计方法，包括蒸发集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管内设置分隔装置，上升管横截面是正方形，所述环路热管上升管按照要求进行设计。本发明提供一种新式分隔结构的环路热管设计方法，通过该方法设计的热管，能够起到强化传热，减弱上升管的振动，降低噪声水平。

主权项：1.一种环路热管的设计方法，所述环路热管包括蒸发集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管与蒸发集管和冷凝集管相连通，所述蒸发集管位于下部，所述冷凝集管位于上部，流体在蒸发集管内吸热蒸发，经过上升管进入冷凝集管，在冷凝集管内进行换热后冷凝，冷凝的流体通过回流管回到蒸发集管；所述上升管内设置分隔装置，所述分隔装置是片状结构，所述片状结构在上升管的横截面上设置；所述分隔装置为正方形通孔和正八边形通孔组成，所述正方形通孔的边长等于正八边形通孔的边长，所述正方形通孔的四个边分别是四个不同的正八边形通孔的边，正八边形通孔的四个互相间隔的边分别是四个不同的正方形通孔的边；上升管横截面是正方形，所述环路热管上升管按照如下要求进行设计：上升管内设置多个分隔装置，相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形通孔的边长为L1，上升管的边长为L2，满足如下要求：S1L2＝a*L1L22+b*L1L2-c其中a,b,c是参数，其中39.8a40.1,9.19b9.21，0.43c0.44；9L258mm；1.9L13.4mm；15S131mm。

全文数据：一种环路热管的上升管设计方法技术领域本发明属于热管领域，尤其涉及一种环路热管。背景技术热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯LosAlamos国家实验室的乔治格罗佛GeorgeGrover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式，采用热管技术使得散热器获得满意的换热效果，开辟了散热行业新天地。目前热管广泛的应用于各种换热设备，其中包括核电领域，例如核电的余热利用等。一方面，热管在蒸发过程中，不可避免的会携带液体到上升管内，同时因为冷凝端的放热冷凝，从而使得冷凝端中存在液体，液体也不可避免的进入上升管，从而使得上升管内的流体是汽液混合物，同时热管在运行过程中会因为老化产生的不凝气体，不凝气体一般上升到热管上部的冷凝端，不凝气体的的存在导致热管冷凝端内的压力增加，压力使得液体向上升管内流动。大大的影响了换热的效率。另一方面，从上升管出口到冷凝集管这一段，因为这一段的空间突然变大，空间的变化会导致气体的快速向上流出和聚集，因此空间变化会导致聚集的汽相汽团从上升管位置进入冷凝集管，由于气汽液密度差，气团离开接管位置将迅速向上运动，而气团原空间位置被气团推离壁面的液体同时也将迅速回弹并撞击壁面，形成撞击现象。气汽液相越不连续，气团聚集越大，撞击能量越大。撞击现象会造成较大的噪声震动和机械冲击，对设备造成破坏。本发明人在前面申请中也设计了多种解决上述问题的热管装置，例如多管式，但是此种装置在运行中发现，因为管子之间是紧密结合在一起，因此三根管子之间形成的空间A相对较小，因为空间A是三根管子的凸弧形成，因此空间A的大部分区域狭窄，会造成流体难于进入通过，造成流体短路，从而影响了流体的换热，无法起到很好的稳流作用。同时因为上述结构的多根管子组合在一起，制造困难。再例如2017102671998结构，虽然该结构解决了流体短路现象，但是却存在流通面积大大缩小的问题，导致流动阻力的增加。再例如2017102949490的环形分隔装置，环形结构中分隔装置采用环形结构，导致整体上分隔装置环空在周向上分隔不均匀，而且因为存在环形结构，使得环空的四个夹角的位置出现了小于90度的锐角，这会导致在小于90度的锐角部分存在流体流动短路的问题。针对上述问题，本发明在前面发明的基础上进行了改进，提供了一种新的热管及其设计方法，从而解决热管换热的情况下的存在的稳流不均匀的换热问题。使得气体和液体充分进行混合，提高了换热效果发明内容本发明提供了一种新的热管，从而解决前面出现的技术问题。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种环路热管的设计方法，所述环路热管包括蒸发集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管与蒸发集管和冷凝集管相连通，所述蒸发集管位于下部，所述冷凝集管位于上部，所述流体在蒸发集管内吸热蒸发，经过上升管进入冷凝集管，在冷凝集管内进行换热后冷凝，冷凝的流体通过回流管回到蒸发集管；所述上升管内设置分隔装置，所述分隔装置是片状结构，所述片状结构在上升管的横截面上设置；所述分隔装置为正方形通孔和正八边形通孔组成，所述正方形通孔的边长等于正八边形通孔的边长，所述正方形通孔的四个边分别是四个不同的正八边形通孔的边，正八边形通孔的四个互相间隔的边分别是四个不同的正方形通孔的边；上升管横截面是正方形，所述环路热管上升管按照如下要求进行设计：上升管内设置多个分隔装置，相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形通孔的边长为L1，上升管的边长为L2，满足如下要求：S1L2＝a*L1L22+b*L1L2-c其中a,b,c是参数，其中39.80。作为优选，上升管内设置多个分隔装置，距离上升管入口的距离为H，正方形通孔的边长为C，C＝F2H，满足如下要求：C’0。作为优选，上升管内设置多个分隔装置，距离上升管入口的距离为H，上升管的直径为D，D＝F3H，满足如下要求：D’0,D”0。作为优选，所述分隔装置所述上升管内壁设置缝隙，所述分隔装置的外端设置在缝隙内。作为优选，上升管为多段结构焊接而成，多段结构的连接处设置分隔装置。进一步优选，a＝39.87,b＝9.20，c＝0.432进一步优选，随着L1L2的增加，a,b越来越大，从越来越小。作为优选，随着L2的增加，L1也不断增加。但是随着L2的增加，L1不断增加的幅度越来越小。作为优选，随着L2的增加，S1不断减小。但是随着L2的增加，S1不断减小的幅度越来越小。作为优选，所述蒸发部包括多个上升管，所述多个上升管是并联的平行结构。作为优选，相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形的边长为L1，上升管为正方形截面，上升管的边长为L2，相邻上升管中心之间的间距为S2满足如下要求：相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形的边长为L1，上升管为正方形截面，上升管的边长为L2，相邻上升管中心之间的间距为S2满足如下要求：S2L2＝d*S1L22+e-f*S1L23-h*S1L2；其中d,e,f,h是参数，0.2800；通过实验发现，通过如此设置，能够进一步降低7％左右的震动和噪音，同时提高8％左右的换热效果。作为优选，上升管内设置多个分隔装置，从上升管3的入口到上升管3的出口，正方形的边长越来越小。距离上升管入口的距离为H，正方形的边长为C，C＝F2H，C’是C的一次导数，满足如下要求：C’0。具体理由参见前面分隔装置间距变化。作为优选，相邻分隔装置之间的距离保持不变。作为优选，所述上升管内壁设置缝隙，所述分隔装置的外端设置在缝隙内。作为优选，上升管为多段结构焊接而成，多段结构的连接处设置分隔装置。通过分析以及实验得知，分隔装置之间的间距不能过大，过大的话导致减震降噪的效果不好，同时也不能过小，过小的话导致阻力过大，同理，正方形的边长也不能过大或者过小，也会导致减震降噪的效果不好或者阻力过大，因此本发明通过大量的实验，在优先满足正常的流动阻力总承压为2.5Mpa以下，或者单根上升管的沿程阻力小于等于5PaM的情况下，使得减震降噪达到最优化，整理了各个参数最佳的关系。作为优选，相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形通孔的边长为L1，上升管为正方形截面，上升管正方形截面的边长为L2，满足如下要求：S1L2＝a*L1L22+b*L1L2-c其中a,b,c是参数，其中39.8a40.1,9.19b9.21，0.43c0.44；9L258mm；1.9L13.4mm；15S131mm。进一步优选，a＝39.87,b＝9.20.c＝0.432进一步优选，随着L1L2的增加，a,b越来越大，c越来越小。作为优选，正方形通孔的边长L1是正方形通孔内边长和外边长的平均值，上升管正方形截面的边长L2是上升管内边长和外边长的平均值。作为优选，正方形通孔的外边长等于上升管正方形截面的内边长。作为优选，随着L2的增加，L1也不断增加。但是随着L2的增加，L1不断增加的幅度越来越小。此规律变化是通过大量的数值模拟和实验得到的，通过上述规律的变化，能够进一步提高换热效果，降低噪音。作为优选，随着L2的增加，S1不断减小。但是随着L2的增加，S1不断减小的幅度越来越小。此规律变化是通过大量的数值模拟和实验得到的，通过上述规律的变化，能够进一步提高换热效果，降低噪音。通过分析以及实验得知，上升管的间距也要满足一定要求，例如不能过大或者过小，无论过大或者过小都会导致换热效果不好，而且因为本申请上升管内设置了分隔装置，因此分隔装置也对上升管间距有一定要求。因此本发明通过大量的实验，在优先满足正常的流动阻力总承压为2.5Mpa以下，或者单根上升管的沿程阻力小于等于5PaM的情况下，使得减震降噪达到最优化，整理了各个参数最佳的关系。相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形的边长为L1，上升管为正方形截面，上升管的边长为L2，相邻上升管中心之间的间距为S2满足如下要求：S2L2＝d*S1L22+e-f*S1L23-h*S1L2；其中d,e,f,h是参数，0.280d0.285,1.342e1.350,0.060f0.065,0.169h0.171；9L258mm；1.9L13.4mm；15S131mm。16S276mm。相邻上升管中心之间的间距为S2是指上升管中心线之间的距离。进一步优选，d＝0.282,e＝1.347,f＝0.062，h＝0.170；作为优选，随着S1L2的增加，d，e越来越大，f，h越来越小。作为优选，随着L2的增加，S2不断增加，但是随着L2的增加，S2不断增加的幅度越来越小。此规律变化是通过大量的数值模拟和实验得到的，通过上述规律的变化，能够进一步提高换热效果。作为优选，上升管长度L为2000－2500mm之间。进一步优选，2200－2300mm之间。通过上述公式的最佳的几何尺度的优选，能够实现满足正常的流动阻力条件下，减震降噪达到最佳效果。对于其他的参数，例如管壁、壳体壁厚等参数按照正常的标准设置即可。作为优选，热管内流体是水。作为优选，所述蒸发集管1的管径小于冷凝集管2的管径。蒸发集管的内径为R1，冷凝集管的内径为R2，作为优选则0.45R1R20.88。通过上述设置，可以进一步强化传热，能够提高7％以上的换热效率。作为优选，所述上升管的管径大于回流管的管径。主要是增加回流管的阻力，降低上升管的阻力，使得蒸汽从蒸发部流动更容易，环路热管更好的形成循环。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

权利要求：1.一种环路热管的设计方法，所述环路热管包括蒸发集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管与蒸发集管和冷凝集管相连通，所述蒸发集管位于下部，所述冷凝集管位于上部，所述流体在蒸发集管内吸热蒸发，经过上升管进入冷凝集管，在冷凝集管内进行换热后冷凝，冷凝的流体通过回流管回到蒸发集管；所述上升管内设置分隔装置，所述分隔装置是片状结构，所述片状结构在上升管的横截面上设置；所述分隔装置为正方形通孔和正八边形通孔组成，所述正方形通孔的边长等于正八边形通孔的边长，所述正方形通孔的四个边分别是四个不同的正八边形通孔的边，正八边形通孔的四个互相间隔的边分别是四个不同的正方形通孔的边；上升管横截面是正方形，所述环路热管上升管按照如下要求进行设计：上升管内设置多个分隔装置，相邻分隔装置之间的距离为S1，正方形通孔的边长为L1，上升管的边长为L2，满足如下要求：S1L2＝a*L1L22+b*L1L2-c其中a,b,c是参数，其中39.8a40.1,9.19b9.21，0.43c0.44；9L258mm；1.9L13.4mm；15S131mm。2.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，a＝39.87,b＝9.20，c＝0.432。3.如权利要求1所述的设计方法，其特征在于，随着L1L2的增加，a,b越来越大，c越来越小。4.一种环路热管，包括蒸发集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管与蒸发集管和冷凝集管相连通，所述蒸发集管位于下部，所述冷凝集管位于上部，所述流体在蒸发集管内吸热蒸发，经过上升管进入冷凝集管，在冷凝集管内进行换热后冷凝，冷凝的流体通过回流管回到蒸发集管；所述上升管内设置分隔装置。

百度查询： 山东大学 一种环路热管的上升管设计方法

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