柔性热管在天文望远镜焦面散热器上的应用研究

　　一、前言

　　大型天文望远镜的焦面散热问题一直是一个困扰天文望远镜设计者和使用者的问题。以往在大型天文望远镜上所采用的散热方式基本上为强制水冷却。由 于天文望远镜在操作中需转动;焦面处于真空状态下工作，而焦面还要作前后移动和绕轴转动，而强制循环水冷却需要配置水泵和相应的循环管道，这就给操作上带 来许多不便。此外，强制循环水冷却还要有固定的冷却水源，对于置于高山顶上的天文望远镜又增难度。为此.某天文仪器厂在研制大型天文望远镜中提出用热管来 解决天文望远镜的焦面散热问题。根据天文望远镜的工作特点和要求，采用柔性软管来解决焦面的散热问题较为适宜，热管用于焦面散热有如下的特点:1、热管具 有高导热性能，可以将处于真空环境中的焦面接收的热量迅速传至镜筒外;2、热管内工质的循环是依靠重力作用，无需外加动力.因而不需要循环泵和相应的管 道;3、热管可以做成不同的形式.冷热段可以严格的分开.冷段可以采取一些强化传热的措施.提高散热能力这里我们主要介绍在设计柔性热管时，要注意的一些 问题和解决方法，以及所做的热管性能试验的情况。

　　二、柔性热管的结构和传热性能

　　这台大型天文望远镜，其镜筒直径约1米，焦面散热功率要求达140W，焦面温度要求低于80摄氏度;焦面处于真空环境，要求焦面及其支座能做绕轴±100的转动，同时又能沿轴向做士20mm的前后移动，镜筒倾角由 于焦面较小，焦面支座还要和其他机构相连，热管的热段(蒸发段)采用何种形式需特别设计。此外，由于焦面较小散热功率相对来讲是比较大的，解决蒸汽通道、 冷段(冷凝段)采用何种形式，以保证能量能及时传到冷段并散掉也至关重要。再者，采用柔性管子后，充液量的比例，回流液量的大小，将直接影响到热管的传热 性能，这些问题都是结构设计必须解决的。

　　1、柔性热管的结构:

　　整个热管由蒸发段、绝热段和冷凝段三部分组成。蒸发段直接做在焦面支座上;绝热段采用二根不锈钢波纹管，长度大于安装部位镜筒直径.以保证焦面 散热器能满足转动和移动的要求;冷凝段采用二根铜管带有半圆翅片，并结合镜筒壁作为扩展冷却面积，自然对流冷却，整个焦面散热器的结构如图1所示。

　　热管以丙酮为工质，冷凝段铜管为8×1，不锈钢波纹管的最小内径为6，蒸发段的材料也为纯铜，其外形结构完全是由焦面及其连接机构所确定。

　　2、热管焦面散热器的工作过程:

　　当太阳光线被聚焦到焦面上，大部分太阳光线被反射到镜筒上方的接收器，小部分太阳能被焦面所吸收，吸收的这部分热量被传导给焦面支座，并使其温 度升高，再传给支座内的工质，使其蒸发，通过柔性绝热段送至冷凝段，工质蒸汽在冷凝段冷凝，然后依靠重力返回到蒸发段，如此循环往复。