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槽道热管的发展历程及Ω形槽道热管的研究进展

槽道热管的发展历程及形槽道热管的研究进展高黑兵高鹏（昆明理工大学材料科学与工程学院，云南昆明650093）摘要：

回顾了槽道热管的发展历程，简单概述了槽道热管各种结构的基础理论与应用研究，重点介绍了形槽道热管的研究进展。

认为形槽道热管，作为槽道热管发展的新生代，以其更加优良的传热特性，针对中低温余热回收领域，克服梯度大、品位低、热值分散等瓶颈，提高其回收效率和品质，促进节能减排，推进国家十二五规划的顺利实施，将是今后热管研究的新亮点；关键词：

槽道热管形轴向槽道中低温余热回收自Grover明确提出热管概念，Cotter发表热管基础理论以来，热管技术的研究和应用一直受到广泛重视。

随着热管技术研究的发展与深入，其重心也已经从理论研究转移到应用研究，热管应用研究已经由航天转向地面，由工业转向民用，在太阳能利用、笔记本电脑CPU散热冷却、冶金能源、建筑节能等领域的应用，也将促进新型热管技术的开发与应用[3]。

槽道热管，最早见于Kemme在1966年[4]和1969年的报告[5]，报告指出：

槽道热管是在实现热管多相传热、热阻更小、传热系数更高等功能的同时，利用槽道界面张力的作用可以使液相工作介质回流从而实现吸液芯的功能。

槽道热管已经提出，就收到了广泛的关注。

因其单位几何结构和工质填充下，蒸发段和冷凝段均具有较高的换热效率（103-105W/m2K）和较小的热阻（0.01-0.03K/W）[6]，而占据了热管研究的最前沿阵地。

槽道热管，槽道热管按照槽道形状可以分为三角形（triangle）、矩形（rectangular）、梯形（trapezoid）以及最新发展起来的形等。

1槽道热管特性总体来说有以下特点：

（1）槽道吸液芯热管不仅继承了普通热管两相流动、相变传热的优良传热特性，槽道将提供毛细力媒介，更适合微流动、微相变、和微尺度传热传质；（2）槽道热管的毛细回流力由汽液两相界面轴向曲率半径差提供，作用力方向为槽道延展方向，且汽液两相直接接触等特点使槽道热管的理论研究更具特点。

（3）因其槽道可在管内壁直接加工，热管即可通过挤压等塑性一体成型，利于工业化生产，具有很广阔的应用前景。

（4）由于槽道热管重在可微，不仅高效，而且二次加工性能好，适合高效传热传质，可广泛应用与电子散热、超重力场、电磁场等科技领域；2槽道结构发展历程自1996年槽道形式结构热管被提出以来，总共经历了三角形、梯形、矩形、星形、菱形等轴向槽道结构以及螺旋形、蝶形辐射等各向异形槽道。

最近出现的形槽道热管，作为高性能异型轴向槽道热管的代表，表现出了优越的导热性能和等温性能，尤其是实践证明改型热管可在空间微重力环境下，可靠地实现长距离、大负荷换热，故近年来，对该类热管传热传值特性的研究越来越受到重视，也成为了槽道热管研究发展新的里程碑[7-8]。

2.1理论研究对于槽道热管的理论分析，既有与其它吸液芯形式相同的分析方法，也有针对槽道开展的理论研究。

其研究方法主要有三个方面：

经验公式法、数值分析法及两种方法的结合。

经验公式法一般是将热管的各个传热过程统一考虑，得到适合于某一特定工程应用的理论模型。

这种方法得到的模型便于使用，计算量小，结果相对可靠，适合于工程应用，但需要大量数据支持，适用范围小，热管内部各参数对其传热性能的影响无法获得。

该方法在20世纪90年代后，很少单独使用，往往作为其它分析方法的验证、初步设计或概念设计阶段的基础而开展。

数值分析方法是指采用有限单元法、有限差分的方法数值求解动量、质量和能量守恒方程，得到热管内部的流动传热传质特性。

而计算过程中的各种影响流动、传热和传质的因素均可能得到考虑，分别有：

充液量、槽道尺寸和形式、工作温度、工作角度、工作介质种类和热物性等。

随着槽道热管研究的深入，另外其他微形因素也得到了重视，比如：

半月面曲率半径、相间摩擦系数、热流密度等，且发现某些因素在特定情况下，可以成为影响热管传热性能的主要因素。

对于热管流动和传热过程的数值模拟，目前仍处于发展阶段。

由于热管内部过程牵涉多相流、相变