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1、本科毕业论文（设计）论文（设计）题目：xxxxrpm分离式热管冷却系统的设计学 院： 化学与化工学院 专 业：过程装备与控制工程 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 日 期： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第IV页目录摘要IIIAbstractIV第一章绪论11.1热管的国内外现状和发展趋势11.2热管的结构和工作原理21.3热管特性分析31.
2、4关于热管冷却系统4第二章 热管的选择及轴承产热计算52.1 热管工质的选择52.2 工质物性数据的选择和计算62.3 估算热管的工作温度82.4 推动力的计算82.5 轴承产热的计算82.6 热管工作平均温度的计算102.7 管壳材料的选择及强度计算102.8 热阻和传热面积的计算132.8.1 热阻的计算132.8.2 传热面积的计算152.9 传热管数目的计算172.10 单根热管的传热能力17第三章 热管的设计183.1 声速极限条件下的蒸汽腔直径183.2 吸液芯的选择及设计193.2.1 吸液芯的选择193.2.2 实际蒸汽腔直径223.2.3 验算毛细极限和计算传递的最大功率22
3、3.2.4 核算雷诺数233.3 热管传热极限的计算233.3.1 携带传热极限的计算253.3.2 声速传热极限的校核253.3.3 沸腾传热极限的计算263.3.4 干涸传热极限的校核263.4 热管充装量的计算273.5 冷凝翅片的选择和计算28第四章 真空室结构设计294.1 真空室壁厚的计算294.2 封头设计324.2.1 假设名义厚度324.2.2 值的计算324.2.3 计算许用压力324.2.4封头与筒体连接法兰的选择334.2.5 密封结构334.3 真空口法兰的选取334.4 人、手孔的设计344.5 开孔补强354.6液压试验35第五章 附件的选取375.1 温度仪表的
4、选择375.2 压力仪表选择385.3 支座设计39总结43参考文献44致谢45xxxxrpm分离式热管冷却系统的设计摘要真空室中高速旋转的主轴轴承会产生大量的热量，若不将热量及时导走，将直接影响到系统的正常工作。本设计通过向高速旋转主轴真空系统引入热管，利用热管的高效导热性，将轴承产生的大量热量及时导走，使系统维持在正常的温度范围。研究表明：利用高效的热管导热技术，能迅速带走主轴电机和主轴轴承上的热量，能有效控制温升，最大限度的减少由于高速主轴产生的热量引起的系统故障，同时也将大大提高轴和轴承的使用寿命。关键词：真空系统 高速轴承 热管 The design of 20,000 rpm se
5、parate heat pipe cooling systemAbstractWhen the high speed shafts rotate at a high speed in vacuum chamber, bearings will produce a great quantity of heat, if they can not be removed in time, that can directly influence the move of the bearing system, In this paper, we introduce heat pipes into the
6、vacuum chamber and take advantage of the high thermal conductivity to remove a great quantity of heat in time which are produced when the high speed shafts rotate at a high speed, and make this system maintain at a normal temperature range.Research shows that we apply efficient heat pipe heat conduc
7、tion technology to remove the heat that produced by spindle motor and main shaft bearings and can control temperature rising efficiently, also we can decrease system failure that caused by heat at the maximum extend and can largely enhance the service life of the shafts and the bearings.Key words: v
8、acuum system high-speed bearing heat pipe 贵州大学本科毕业论文（设计） 第47页第一章 绪 论1.1热管的国内外现状和发展趋势自1973年首次国际热管会议在Stuttgart召开以来至今已召开了十次会议，而我国自1983年首届国内热管会议在哈尔滨召开以来已举行了六次全国热管会议。广泛和深入的学术交流与研讨活动使热管技术无论在理论、实践、研究、制造、应用等方面均取得了新的突破和进展1，热管这项新技术不仅显示了很强的生命力，而且开拓了传热传质学研究的新领域。目前热管的研究重点已由理论研究转移到应用技术研究，热管的应用重点2 也由航天工业转移到了普通工业，并
9、不断扩展到民用产品。我国于1970年开始对有吸液芯的热管进行研究，1972年我国第一支钠热管研制成功，至80年代初我国从事热管研究的科研单位及大专院校已遍及全国3。我国的热管技术开发研究一开始就有明确的目标即为工业化服务,因此重点在于开发碳钢水热管换热器。经过20多年的努力，我国的热管技术工业化应用已处于国际先进水平4。目前，一个国家级热管技术研究推广中心已在南京化工大学成立,这对于未来我国热管技术的研究开发将发挥重大作用。国外分离式热管的研制开始20世纪80年代。这种热管可实现远距离传热，避免大直径烟风道迁移；可实现一种流体与多种流体间的换热；具有良好的密封性能；方便顺逆流混合布置；大幅调整
10、蒸发段与冷凝段的面积比还可使冷热流体完全隔开；适用于换热装置大型化等优点。因此，很快引起了我国科技工作者的重视，并进行了广泛的基础理论和工程应用研究。分离式热管中研究和应用最广泛的是重力型分离式热管（以下简称分离式热管）。其中：中科院工程热物理研究所和上海711研究所进行了分离式热虹吸管组换热特性的研究；上海海运学院进行了分离式热管换热器的模型实验研究；东北工学院进行了分离式热管元件充液量理论分析和实验研究；重庆大学进行了分离式热管的流动和传热研究；南京化工大学进行了分离式热管的凝结换热和传热极限5的研究；西安交通大学进行了分离式热管蒸发段的试验研究的充液量分析；华东船舶工业学院进行了大型分离
11、式热管换热器的模型实验研究；哈尔滨工业大学进行了热管供热系统与热水供暖系统的技术经济性比较研究，均取得了一定的成果。这些成果对分离式热管及分离式热管换热器在工程实践中的应用提供了良好的基础。国外许多科研机构和科技工作者都先后对热管冷却技术进行了大量的研究，取得了卓有成效的研究成果。早在1978年Brost 等报道了西德成功研制出用于大功率半导体元件冷却的热管散热器，它的重量仅为传统散热器的五分之一6； 二十世纪八十年代Peterson等研制了一种类似柔性热管的用于电子器件或多芯片模块的热管装置，并在以后的研究报告中给出了有关的分析和实验，并提出了不凝结气体的形成、轴向冷凝的阻塞以及由于小蒸发面
12、积而产生的沸腾极限等一些问题7，它不仅引起了人们的广泛注意和兴趣，还促进了热管技术在该领域的深入研究和应用。1.2热管的结构和工作原理热管的典型结构如图1-1所示，热管由热管壳体、工作介质、毛细吸液芯三部分组成。它以一种封闭的管子或简体作为壳体，形状可以是各种各样的，其内表面镶套着多孔毛细吸液芯，待壳体抽成真空后充入适量的工作介质（液体），密封壳体即成热管。图1-1 热管的结构及工作原理1管壳；2管芯；3蒸汽腔；4工作液体热管壳体是一个能承受压力的、完全密封的容器，它的几何形状没有特殊的要求，一般情况下为圆管形。热管在工作时壳体往往需承受一定的压力，但热管在制作时预先要建立很高的真空，一般为1
13、0210-2Pa。所以热管壳体任何道焊缝都要经得起高真空检漏及一定压力的严格考验。热管壳体一般用铝、铜、碳钢、不锈钢、合金钢等金属材料制成。工作介质在热管工作时起载热、输热的作用，依靠其相变过程来完成热管的工作循环。壳体内的工质汽液两相共存，液态工质在多孔的吸液芯内汽态工质则充满热管的内部空腔。由于制作热管时的真空很高，所以除非是温度比工作液凝固点还低，热管内汽液两相共存的工作介质通常是饱和的。热管能在-2002000的温度范围内工作。工作温度超过500的高温热管采用银、锂、钠、汞、钾、铯等金属作工质；工作温度为100500的中温热管采用水、导热姆、萘作工质；工作温度低于100的低温热管采用氨
14、、乙醇、氟里昂作工质。在50250的温度范围内，水是最理想的工质，在250450的温度范围内，萘是理想的工质。毛细吸液芯紧贴于壳体内壁。它沿径向分配液态工质，使其在吸液芯中均匀而稳定地保持一层薄薄的液膜，并产生毛细抽吸力，通过通道使凝结液沿轴向回流。毛细吸液芯是凝结液回流的动力和可靠通道。由金属网、泡沫材料、毛毡、纤维或烧结金属等多孔材料制成，也有只在管壳内部开沟槽、装干道管8。1.3热管特性分析热管作为目前人类已知最高效的传热元件之一，热管是通过将工质密封在高真空腔体中，依靠工质的相变进行传热，其工作是连续的，能将大量热量通过很小的截面积远距离传输而且无需外加动力，由于没有失效的运行部件，所以热管运行非常可靠。热管的工作原理如图1-1所示。液体工质在蒸发段，受到热量的加热而被蒸发。在真空的腔体中，蒸发的蒸汽经过绝热段迅速流向冷凝段，蒸发段的热量，也随之被带到了冷凝段。在冷凝段，蒸汽碰到管外冷却流体，进行冷热交换，释放出蒸发段的热量蒸汽由于失去了热能，
