本發(fā)明屬于熱管領域，尤其涉及一種換熱熱管。

背景技術：

熱管技術是1963年美國洛斯阿拉莫斯(losalamos)國家實驗室的喬治格羅佛(georgegrover)發(fā)明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。

熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設計思路，擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式，采用熱管技術使得散熱器獲得滿意的換熱效果，開辟了散熱行業(yè)新天地。目前熱管廣泛的應用于各種換熱設備，其中包括核電領域，例如核電的余熱利用等。

一方面，熱管在蒸發(fā)過程中，不可避免的會攜帶液體到上升管內，同時因為冷凝端的放熱冷凝，從而使得冷凝端中存在液體，液體也不可避免的進入上升管，從而使得上升管內的流體是汽液混合物，同時熱管在運行過程中會因為老化產生的不凝氣體，不凝氣體一般上升到熱管上部的冷凝端，不凝氣體的的存在導致熱管冷凝端內的壓力增加，壓力使得液體向上升管內流動。大大的影響了換熱的效率。

另一方面，從上升管出口到冷凝集管這一段，因為這一段的空間突然變大，空間的變化會導致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導致聚集的汽相（汽團）從上升管位置進入冷凝集管，由于氣（汽）液密度差，氣團離開接管位置將迅速向上運動，而氣團原空間位置被氣團推離壁面的液體同時也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣（汽）液相越不連續(xù)，氣團聚集越大，撞擊能量越大。撞擊現(xiàn)象會造成較大的噪聲震動和機械沖擊，對設備造成破壞。

本發(fā)明人在前面申請中也設計了一種多管式穩(wěn)流裝置，參見圖6所示。但是此種裝置在運行中發(fā)現(xiàn)，因為管子之間是緊密結合在一起，因此三根管子之間形成的空間a相對較小，因為空間a是三根管子的凸弧形成，因此空間a的大部分區(qū)域狹窄，會造成流體難于進入通過，造成流體短路，從而影響了流體的換熱，無法起到很好的穩(wěn)流作用。同時因為上述結構的多根管子組合在一起，制造困難。

針對上述問題，本發(fā)明在前面發(fā)明的基礎上進行了改進，提供了一種新的熱管，從而解決熱管換熱的情況下的換熱系數(shù)低及其換熱不均勻的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的熱管，從而解決前面出現(xiàn)的技術問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種熱管，包括蒸發(fā)集管、冷凝集管、上升管和回流管，所述上升管與蒸發(fā)集管和冷凝集管相連通，所述蒸發(fā)集管位于下部，所述冷凝集管位于上部，所述流體在蒸發(fā)集管內吸熱蒸發(fā)，經過上升管進入冷凝集管，在冷凝集管內進行換熱后冷凝，冷凝的流體通過回流管回到蒸發(fā)集管；所述上升管內設置穩(wěn)流裝置，所述穩(wěn)流裝置包括芯體和外殼，所述芯體設置在外殼中，所述外殼與上升管內壁連接固定，所述芯體是沿著外殼長度方向延伸的一體化結構件，所述結構件上設置有若干數(shù)量的貫通孔。

作為優(yōu)選，所述貫通孔是圓形，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1>2r，其中r是貫通孔半徑。

作為優(yōu)選，相鄰貫通孔之間設置小孔，通過小孔實現(xiàn)貫通孔之間的連通。

作為優(yōu)選，上升管內設置多個穩(wěn)流裝置，距離上升管入口的高度為h，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離為s，s=f1(h)，滿足如下要求：

s’<0,s”>0。

作為優(yōu)選，上升管內設置多個穩(wěn)流裝置，距離上升管入口的高度為h，穩(wěn)流裝置的長度為c，c=f2(h)，滿足如下要求：

c’>0,c”>0。

作為優(yōu)選，上升管內設置多個穩(wěn)流裝置，距離上升管入口的高度為h，穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑為d，d=f3(h)，滿足如下要求：

d’<0,d”>0。

作為優(yōu)選，所述上升管內壁設置凹槽，所述穩(wěn)流裝置的外殼設置在凹槽內，所述外殼的內壁與上升管的內壁對齊。

作為優(yōu)選，上升管為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩(wěn)流裝置。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離為s，穩(wěn)流裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，貫通孔的半徑為r，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/（2*r）)；

l1/（2*r）=c*(w/（2*r）)-d*(w/（2*r）)²-e

其中l(wèi)n是對數(shù)函數(shù)，a,b，c，d，e是參數(shù)，其中3.0<a<3.5,0.5<b<0.6；2.9<c<3.1,0.33<d<0.37,4.8<e<5.3；

其中穩(wěn)流裝置的間距是以相鄰穩(wěn)流裝置相對的兩端之間的距離；

34<w<58mm；

4<r<6mm;

17<c<25mm；

32<s<40mm；

1.05<l1/（2*r）<1.25。

作為優(yōu)選，a=3.20，b＝0.54，c=3.03,d=0.35,e=5.12。

與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

1）本發(fā)明提供了一種新式結構的穩(wěn)流裝置，相對于通過穩(wěn)流裝置將兩相流體分離成液相和氣相，將液相分割成小液團，將氣相分割成小氣泡，抑制液相的回流，促使氣相順暢流動，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果，提高換熱效果。相對于多管式穩(wěn)流裝置，進一步提高穩(wěn)流效果，強化傳熱，而且制造簡單。

2）本發(fā)明通過設置多孔式穩(wěn)流裝置，相當于在上升管內增加了內面積，強化了換熱，提高了換熱效果。

3）本發(fā)明因為將汽液兩相在上升管的整個橫截面位置上進行了分割，避免了僅僅上升管內壁面進行分割，從而在整個上升管截面上實現(xiàn)擴大汽液界面以及汽相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動，降低了噪音和震動，強化了傳熱。

4）本發(fā)明通過在上升管高度方向上設置相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離、穩(wěn)流裝置的長度、貫通孔的外徑等參數(shù)大小的規(guī)律變化，從而進一步達到穩(wěn)流效果，降低噪音，提高換熱效果。

5）本發(fā)明通過對多孔式穩(wěn)流裝置各個參數(shù)的變化導致的換熱規(guī)律進行了廣泛的研究，在滿足流動阻力情況下，實現(xiàn)減振降噪的效果的最佳關系式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的熱管結構示意圖；

圖2本發(fā)明穩(wěn)流裝置橫截面結構示意圖；

圖3是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內布置示意圖；

圖4是是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內布置的另一個示意圖。

圖5是是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內布置橫截面示意圖。

圖6是背景技術中的兩相流管殼式換熱器的結構示意圖。

圖中：1、蒸發(fā)集管，2、冷凝集管，3、上升管，4、穩(wěn)流裝置，41外殼，42孔洞，43結構件，5、回流管。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如圖1所示的一種熱管，包括蒸發(fā)集管1、冷凝集管2、上升管3和回流管5，所述上升管3與蒸發(fā)集管1和冷凝集管2相連通，所述蒸發(fā)集管1位于下部，所述冷凝集管2位于上部，所述流體在蒸發(fā)集管1內吸熱蒸發(fā)，經過上升管3進入冷凝集管2，在冷凝集管2內進行換熱后冷凝，冷凝的流體通過回流管5回到蒸發(fā)集管1。

如圖4-5所示，在上升管3內設置多孔式穩(wěn)流裝置4。所述多孔式穩(wěn)流裝置4的結構見圖3。如圖3所示，所述穩(wěn)流裝置4包括芯體和外殼41，所述芯體設置在外殼41中，所述外殼與上升管內壁連接固定，所述芯體是沿著外殼長度方向延伸的一體化結構件43，所述結構件上設置有若干數(shù)量的貫通孔42。

本發(fā)明在上升管3內設置多孔式穩(wěn)流裝置，通過多孔式穩(wěn)流裝置將兩相流體中的液相和汽相進行分離，將液相分割成小液團，將汽相分割成小氣泡，避免液相和汽相的完全分開，促使液相汽相順暢流動，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果。相對于多管式穩(wěn)流裝置，進一步提高穩(wěn)流效果，強化傳熱，而且制造簡單。

本發(fā)明通過設置多孔式穩(wěn)流裝置，相當于在上升管內增加了內換熱面積，強化了換熱，提高了換熱效果。

本發(fā)明因為將氣液兩相在所有上升管的所有橫截面位置進行了分割，從而在整個換熱管截面上實現(xiàn)氣液界面以及氣相邊界層的分割與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動，大大的降低了噪音和震動，強化了傳熱。

作為優(yōu)選，所述貫通孔是圓形，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1>2r，其中r是貫通孔半徑。

通過貫通孔圓心之間的距離l1>2r，使得相鄰的貫通孔42之間保持一定的距離，從而保證各孔更好的分隔兩相流流體。

作為優(yōu)選，所述芯體是一體化進行加工的結構件。通過設置多孔芯體，可以使得制造簡單。

作為優(yōu)選，相鄰貫通孔之間設置小孔，通過小孔實現(xiàn)貫通孔42之間的連通。

作為優(yōu)選，回流管5連接蒸發(fā)集管1和冷凝集管2的兩側端部的位置。這樣保證流體在冷凝集管2內的流動路徑長，能夠進一步增加換熱時間，提高換熱效率。

作為優(yōu)選，相鄰貫通孔42之間設置小孔實現(xiàn)貫通。通過設置小孔，可以保證相鄰的貫通孔之間互相連通，能夠均勻貫通孔之間的壓力，使得高壓流道的流體流向低壓，同時也可以在流體流動的同時進一步分隔液相和汽相，有利于進一步穩(wěn)定兩相流動。

作為優(yōu)選，冷凝集管2內通入換熱管道，所述換熱管道中的流體和冷凝集管2內的蒸汽進行換熱。

作為優(yōu)選，上升管3和蒸發(fā)集管1都是吸熱部。

作為優(yōu)選，沿著上升管3內流體的流動方向（即圖2的高度方向），上升管3內設置多個穩(wěn)流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短。設距離上升管入口的距離為h，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離為s，s=f1(h)，即s是以高度h為變量的函數(shù)，s’是s的一次導數(shù)，滿足如下要求：

s’<0;

主要原因是因為上升管內的汽體在上升過程中會攜帶者液體，在上升過程中，上升管不斷的受熱，導致氣液兩相流中的汽體越來越多，因為汽液兩相流中的汽相越來越多，上升管內的換熱能力會隨著汽相增多而相對減弱，震動及其噪音也會隨著汽相增加而不斷的增加。因此需要設置的相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短。

此外，從上升管出口到冷凝集管這一段，因為這一段的空間突然變大，空間的變化會導致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導致聚集的汽相（汽團）從上升管位置進入冷凝集管，由于氣（汽）液密度差，氣團離開接管位置將迅速向上運動，而氣團原空間位置被氣團推離壁面的液體同時也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣（汽）液相越不連續(xù)，氣團聚集越大，水錘能量越大。撞擊現(xiàn)象會造成較大的噪聲震動和機械沖擊，對設備造成破壞。因此為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，此時設置的相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短，從而不斷的在流體輸送過程中分隔氣相和液相，從而最大程度上減少震動和噪音。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過上述的設置，既可以最大程度上減少震動和噪音，同時可以提高換熱效果。

進一步優(yōu)選，從上升管3的入口到上升管3的出口，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短的幅度不斷增加。即s”是s的二次導數(shù)，滿足如下要求：

s”>0;

通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過如此設置，能夠進一步降低9％左右的震動和噪音，同時提高7％左右的換熱效果。

作為優(yōu)選，每個穩(wěn)流裝置4的長度保持不變。

作為優(yōu)選，除了相鄰的穩(wěn)流裝置4之間的距離外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如長度、管徑等）保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管3的高度方向，上升管3內設置多個穩(wěn)流裝置4，從上升管3的入口到上升管3的出口，穩(wěn)流裝置4的長度越來越長。即穩(wěn)流裝置的長度為c，c=f2(x)，c’是c的一次導數(shù)，滿足如下要求：

c’>0;

進一步優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置的長度越來越長的幅度不斷增加。即c”是c的二次導數(shù)，滿足如下要求：

c”>0;

具體理由如相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了穩(wěn)流裝置的長度外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如相鄰的間距、管徑等）保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管3的高度方向，上升管3內設置多個穩(wěn)流裝置，從上升管3的入口到上升管3的出口，不同穩(wěn)流裝置4內的貫通孔41的直徑越來越小。即穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑為d，d=f3(x)，d’是d的一次導數(shù)，滿足如下要求：

d’<0;

作為優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑越來越小的幅度不斷增加。即

d”是d的二次導數(shù)，滿足如下要求：

d”>0。

具體理由如相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，穩(wěn)流裝置的長度和相鄰穩(wěn)流裝置的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如長度、相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離等）保持不變。

進一步優(yōu)選，如圖3所示，所述上升管3內部設置凹槽，所述穩(wěn)流裝置4的外殼42設置在凹槽內。

作為優(yōu)選，外殼42的內壁與上升管3的內壁對齊。通過對齊，使得上升管內壁面表面上達到在同一個平面上，保證表面的光滑。

作為優(yōu)選，外殼42的厚度小于凹槽的深度，這樣可以使得上升管內壁面形成凹槽，從而進行強化傳熱。

進一步優(yōu)選，如圖4所示，上升管3為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩(wěn)流裝置4。這種方式使得設置穩(wěn)流裝置的上升管的制造簡單，成本降低。

通過分析以及實驗得知，穩(wěn)流裝置之間的間距不能過大，過大的話導致減震降噪的效果不好，同時也不能過小，過小的話導致阻力過大，同理，貫通孔的外徑也不能過大或者過小，也會導致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發(fā)明通過大量的實驗，在優(yōu)先滿足正常的流動阻力（總承壓為2.5mpa以下，或者單根上升管的沿程阻力小于等于5pa/m）的情況下，使得減震降噪達到最優(yōu)化，整理了各個參數(shù)最佳的關系。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離為s，穩(wěn)流裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，貫通孔的半徑為r，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/（2*r）)；

l1/（2*r）=c*(w/（2*r）)-d*(w/（2*r）)²-e

其中l(wèi)n是對數(shù)函數(shù)，a,b，c，d，e是參數(shù)，其中3.0<a<3.5,0.5<b<0.6；2.9<c<3.1,0.33<d<0.37,4.8<e<5.3；

其中穩(wěn)流裝置的間距s是以相鄰穩(wěn)流裝置相對的兩端之間的距離；即前面穩(wěn)流裝置的尾端與后面穩(wěn)流裝置的前端之間的距離。具體參見圖4的標識。

34<w<58mm；

4<r<6mm;

17<c<25mm；

32<s<40mm；

1.05<l1/（2*r）<1.25。

作為優(yōu)選，a=3.20，b＝0.54，c=3.03,d=0.35,e=5.12。

作為優(yōu)選，上升管長度l為3000－5500mm之間。進一步優(yōu)選，3500－4500mm之間。

通過上述公式的最佳的幾何尺度的優(yōu)選，能夠實現(xiàn)滿足正常的流動阻力條件下，減震降噪達到最佳效果。

進一步優(yōu)選，隨著w/r的增加，a不斷減小，b不斷的增加。

對于其他的參數(shù)，例如管壁、殼體壁厚等參數(shù)按照正常的標準設置即可。

作為優(yōu)選，熱管內流體是水。

作為優(yōu)選，貫通孔42在穩(wěn)流裝置4的整個長度方向延伸。即貫通孔42的長度等于穩(wěn)流裝置4的長度。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)集管1的管徑小于冷凝集管2的管徑。

蒸發(fā)集管的內徑為r1，冷凝集管的內徑為r2，作為優(yōu)選則0.45<r1/r2<0.88。

通過上述設置，可以進一步強化傳熱，能夠提高7％以上的換熱效率。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。