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关于旋转热管换热性能研究的文献综述

摘要：制约目前典型成型面槽类零件的磨削加工的问题主要问题是加工过程中产生的热烧伤问题。且零件内部部件的工作条件恶劣并且复杂，工作温度高、机械热负荷大，航空难加工材料粘附性强、导热性差。国内外对于磨削加工中对于换热性能方面的研究也有了相关的研究，从径向旋转热管砂轮用于磨削弧区温度的控制，到轴向旋转热管，充分显示了“热管技术”用于难加工材料高效磨削中的可行性。因此，本文就现有的理论成果及实践成果方面做出一些总结与分析。

关键词：旋转热管；温度

1. 前言

随着航空技术的不断发展，航空发动机在航空器中的作用不言而喻。航空发动机是为航空器提供飞行所需动力的发动机，是一种高度复杂、高度精密的热力机械，而涡轮是燃气涡轮式航空发动机的重要部件之一，其通过在燃烧室形成的高温高压燃气推动涡轮转动，将燃气的焓和动能转化为机械能输出。但它内部部件的工作条件恶劣并且复杂，其工作温度高、转子转速高、机械负荷及热负荷大，在传热性能方面有着严重的问题，由于航空难加工材料粘附性强、导热性差等特点，使其在利用一般的加工技术时，会使温度过高从而引起工件表面热损伤以及砂轮磨损，这势必制约了在加工过程中换热性能的有效利用。因此，研究如何有效解决目前典型成型面槽类零件磨削存在的热烧伤问题具有十分重要的意义

1. 国内外关于旋转热管强化换热的研究现状

Gray在1969年首次提岀了旋转热管的相关概念，他研究发现旋转热管相较于一般热管具有更高的传热性能。由于旋转热管自身可以作为旋转件，因此可以将其应用于旋转部件的冷却散热，具有工程应用价值^[1]。

1975年，Daniels等对一根325mm长，外径30mm的旋转热管开展了实验和理论研究，转速最高达1200rpm (a=25g)。研究发现充液量过小热管内不能形成循环，热管传热能力随转速增大而提高^[2]。

美国的Wright^[3]航空动力实验室在航空器的IPU (integrated power unit)部分使用旋转热管。旋转热管具有不需要维护、密封性较好和不需要冷冻剂的情况下使回转轴在等温下旋转等优点。在低速 (3500r/min)、中速(7000r /min)及高速(40000 r/min)实验工况下对旋转热管进行测试,具体方法是: 将旋转热管安装在轴承上，轴承是油雾润滑的陶瓷球轴承，可以满足高转速的实验工况；利用感应加热器对旋转热管蒸发段的表面直接加热；监测用于冷却冷凝段冷却水的流量，同时测量进岀口温度。

2004年，F. Song^[4]等人对典型轴向旋转热管的传热性能开展了深入的研究，主要对旋转热管稳态工作下的传热性能进行研究。他们研究了旋转热管结构、转速、充液量对其传热性能的影响规律。热管结构主要考虑内部无锥度和有 2°的锥度；热管旋转速度范围 2000rpm ~4000rpm，充液量范围5%〜30%。研究结果表明，热管传热性能随着旋转速度的提高和充液量的减少逐渐增强。对于不同结构的旋转热管，影响其传热性能的主要因素为旋转速度。