重力热管的工质选择

    重力热管又叫两相闭式热虹吸管，其结构和工作原理如图1所示。种热管与普通热管一样，利用工质的蒸发和冷凝来传递热量，且工质不需外力而工质自行循环。由于热虹吸管没有吸液芯，冷凝液从冷液段返回到蒸发段不是靠吸液芯所产生的毛细力，而是靠冷凝液自身的重力。因此该热管工作具有一定的方向性，即蒸发段必须置于冷凝段的下方，这样才能使冷凝液靠自身重力得以返回蒸发段。现今用于冻土保护的热管均采用这种两相闭式热虹吸管结构和工作原理。而从它的结构和工作原理中我们不难看出，此种热虹吸管结构简单，制造方便，成本低廉，且传热性能优良，工作可靠。

    热管依靠工作液体的相变来传递热量,因此工质的影响。选用何种工质,特别是以前没有使用过的工质,是一个综合性的问题。这些问题包括:

    (1) 工质应适应热管的工作温度区；

    (2) 工质应具热稳定性且与壳体材料相容；

    (3) 工质应有良好的热物理性质；

    (4) 其他,包括经济性、安全性、环境保护、制造工艺

    本文只讨论(1) 、(2)、（3）三个问题。

    1、工质应适应热管系统工作温度范围

    热管按照温度可以分为如下五类。

    1.1 深冷热管

    深冷热管是被设计来运行于0～200K温度范围内的热管，在此温度区域内运行的热管其介质可采用单个元素形式的纯化学物质（氦、氩、氪、氮、氧）和化合物（乙烷、氟里昂）。

    1.2 低温热管

    这些是被设计来运行于温度从200～550K的热管。在此温度区域内的工质有：氟里昂、氨、酒精、丙酮、水和某些有机化合物。在这类热管中最广泛使用的工作介质为水和氨，它们具有很好的热物理性能。

    1.3 中温热管

    这些是运行在500～750K温度区域内的热管。这类热管的工质可以是硫磺、水银、碱金属（铯、铷），也可以是某些化合物，例如导热姆换热剂。

    1.4 高温热管

    这些是被设计来运行在大于750K温度的热管。钾、钠、锂、铅、银、铟和其它高熔点的金属均可用作工作介质，这些介质，尤其是锂，可达到极高的轴向传热密度。

    1.5 高熔点材料的高温热管

    这类热管通常用于较高的温度范围，一般超过1300K。它们常常是在受控的气氛中工作（真空或是惰性气体的气氛下）。这种热管选择工质时最大的问题就是如何获得长的工作寿命。