22、分离式热管与 3D 打印技术的研究与应用

分离式热管与 3D 打印技术的研究与应用

分离式热管的基础与应用

分离式热管在电子元件冷却以及核反应堆安全壳等大规模高强度散热场景中具有重要应用价值。相较于传统热管，其特殊的分离结构使其在放置和布局上更为灵活，能更好地适应特殊应用场景。

分离式热管的基本原理

普通热管主要由管体、工质和吸液芯组成，管体通常采用铜、不锈钢等金属材料制成一体结构。而分离式热管一般没有吸液芯结构，无需依靠吸液芯的吸力回流。其独特之处在于蒸发端和冷凝端分离的结构，与传统热管的一体结构不同，且各部分不一定由单一材料制成。

分离式热管可分为蒸发段、冷凝段、液体管线和蒸汽管线四个部分。工作时，蒸发端置于需要散热的场景中，高温使内部液态工质汽化并带走热量。汽化后的工质沿蒸汽管线上升至冷凝段进行热交换，冷凝后的工质通过液体管线返回蒸发段，整个过程自然循环，无需外部能量驱动，实现连续导热，降低工作场景的温度。具体流程如下：

graph LR
    A[蒸发端受热] --> B[液态工质汽化]
    B --> C[工质沿蒸汽管线上升]
    C --> D[在冷凝段热交换]
    D --> E[工质冷凝]
    E --> F[工质通过液体管线返回蒸发端]

分离式热管在核安全壳散热中的应用

在核电设备持续运行过程中，堆芯冷却丧失会导致安全壳内部瞬间升温，引发大量高温蒸汽泄漏、壳体超温超压甚至破裂等问题。分离式热管在核安全壳散热方面具有良好的兼容性，由于核安全壳对气密性要求极高，传统散热器难以满足要求，而分离式