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旋转热管研究现状综述

[摘要]: 旋转热管是一种新型高效传热元件，自问世起，以其独特的传热与散热性能、优良的节能效果被广泛应用于各个领域。同时对微小型机床及微细铣削加工技术的研究具有重要的理论意义和实际应用前景。不久的将来, 旋转热管会在空间技术、生物医学和工业应用等众多领域发挥更大的作用。

关键词：旋转热管；换热性能；试验研究；测温方法

1. 前言

由于热管不用外界供给的任何动力就能在很小温差条件下迅速传递大量的热能而成为所谓热的超导体。因此，热管对充分利用能源有着非常重大的作用。在能源紧缺的形势下热管技术有着十分广阔的发展前景。由于国防工业、航空航天、微电子行业及现代医学的迅猛发展，同时生产效率、机床加工精度和自动化程度的显著提高，对超精密微小零件的需求日益增加，其材料愈加多样化，形状结构更加特异化，表面质量及尺寸也越来越向着高精度化发展。因此，在材料特性、用途、形状结构、可靠性等方面的要求也越来越高。微细加工是用微小机床来加工微小零件，既节省空间又降低成本，又因为惯性减小，所以达到高精度运动控制及高速加工较为容易。现在有很多由金属材料的精密三维微小零件，大多数是由常规尺寸的超精密机床加工而成。其用于加工高精度的宏观几何尺寸零件，而对生产微小零件则成本高、效率低、灵活性差。因此，微小型机床及其组成的系统日益成为解决上述矛盾的一项新技术。因此，对微小型机床及微细铣削加工技术的研究具有重要的理论意义和实际应用前景。

1. 国内外研究概况

2.1旋转热管技术研究与发展

1964年在美国国家科学实验室发明了一种新型高性能传热元件——热管^[[1]]，它结构简单、传热效率高、无运转部件、工作可靠、使用寿命长。旋转热管（图1）作为热管中的一种，其显著特征为冷凝液的回流依靠热管旋转时工作介质产生的离心力分立来完成。近五十年来，其理论及应用的研究取得了令人瞩目的进展，其产品广泛用于宇航、国防工业、核工业、机械工程、化工及建筑等领域^[[2]-[3]]。

图1 旋转热管工作原理图

我国对热管技术的研究和实验开始于70年代，对于热管的理论研究主要分为两方面，一方面主要集中于研究旋转热管管内工质的流动和流型、中低转速下热管的工作特性，另一方面主要集中于研究热管热传递的理论模型、高转速下热管的工作特性^[[4]]。

2.1.1旋转热管管内流动和流型的研究现状

中低转速下旋转热管管内工质受重力和离心力的共同作用，工质的流型不再是完全发展的环状流，根据转速的不同可能存在层状流、波状流、格状流以及局部环状流，因此管内流型变得更为复杂，传热机理也不一样。