热对称管和热管通过使用中空管内的两相流体，在特定的距离上传输大量的热量。

更广泛使用的热管使用吸芯结构将液体输送回热端，而热虹吸管是一个简单的空心管，使用重力。

由于缺乏吸芯结构，使得热虹吸管比传统的热管便宜得多。

然而，由于重力在热虹吸管的运行中起着不可分割的作用，它只有当蒸发器在冷凝器以下时才有效。

在本文中，我们将只关注非环状单管，称为热虹吸管，以水作为工作流体。

热虹吸工艺

热量被施加到被称为蒸发器部分的底部，在那里，壁面和流体之间的温差导致池沸腾。

来自水池的蒸汽由于浮力而上升，并穿过中间，被称为绝热部分。在管道的另一端，冷凝器，管道的温度保持在比蒸汽饱和温度更低的温度，这导致蒸汽在墙壁上凝结。

密度和重量的增加会导致冷凝液下降到蒸发器部分，以完成循环。

极限/设计点

根据预期的热负荷和蒸发器和冷凝器的温度，我们可以计算出剩余的变量，可用于热虹吸管的设计。需要做出的设计决策是：

1)几何形状：直径和壁厚。总长度可能受到应用领域

2）填充液体的体积

3）压力（与流体的饱和/沸点温度有关）

4）蒸发器和冷凝器的插入长度

以上所示的设计点通过热虹吸管运行的下列限制相互连接：

1)洪水极限：液体和蒸汽交叉之间的剪切可以增加到液体不下降的点。传统热管中类似的极限被称为毛细管极限。

通过将管径增加到蒸汽流速较低的程度，可以最好地避免洪水极限。这个限制通常比在热管中可以经历的声音限制要大得多。

2）沸腾极限（干燥）：如果液体沸腾比蒸汽凝结速度快，整个热虹吸管将充满蒸汽

洪水极限

如上所述，如果蒸汽的速度过高，防止冷凝液体下降，就会发生淹水极限。如Faghri等人[2]所示，公式1-3所示的相关性，找到了给定条件下的最大允许传热。如果已知流体特性，则此相关性提供给定功率所需的最小管直径。

沸腾极限

蒸发器部分

图3显示了标准池的沸腾曲线。研究人员发现，保持在临界热流的左边，即区域II所示的核沸腾，保持稳定的池沸腾。

对于大气压下的水，临界热通量在950-1300kW/m2的范围内。

为了计算比临界热通量，请使用太阳和莱因哈德[9]的相关性，如公式4所示。然后可以找到最小蒸发器段长度，使产生的热流小于公式5所示的临界热通量。

冷凝器部分

 冷壁上最常见的冷凝类型会导致“膜冷凝”，为此可以使用努塞特冷凝相关，如公式6所示，来找到热传递系数作为冷凝器长度的函数。

结合公式7所示的蒸发器部分的第一定律分析，可以确定正确的冷凝器长度。请注意，蒸发器和冷凝器部分的传热量Q相同。

其中Tc，i为冷凝器段管内温度，可由式8所示的圆柱导电方程计算。

填充体积

热虹吸管中不正确的初始填充量同样会导致干燥或洪水限制，即使其余的变量被正确地设置了。

对于垂直方向的热虹吸管，填充体积应为蒸发器的20-80%体积，对于该范围内是否存在最佳填充量，有不同的观点；建议使用50%的填充量。  

热虹吸方向

热虹吸管利用重力将冷凝液体输送回蒸发器部分。

出于这个原因，人们可以凭直觉认为，完全垂直的方向将是最优的性能，而完全水平的方向，如果在所有的功能上，将是最小的。

然而，一些研究发现，最优方向存在于两个角度的中间。结果因最优值存在的范围而有所不同。例如，Emami等人发现，距离水平方向60◦的性能比垂直设置好5-10%，而他们的前辈Terdtoon等人发现最佳性能在70-80度之间。

由于管道方向可能是较大的设计标准和应用几何形状的函数，因此性能上较小的差异可能没有那么有用。

例如，为了使性能提高5%，将热虹吸管的直径增加2.5%可能比将角度增加10-40◦更容易。

结论

热虹吸管是一种简单的装置，可以用来传递大量的热量，而无需移动的部件。

该装置的局限性类似于传统的具有吸芯结构的热管。

使用本节中所示的相关性和方程式，我们可以对用于特定应用的正确的热虹吸管有一个基本的理解。

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