簡介
利用具有自蒸發循環的旋轉熱管冷卻技術對旋轉零部件，如電機主軸、切削刀具、混煉機轉子、工具機主軸等進行冷卻，可大大減少轉軸的熱應力，提高轉軸的使用壽命。台階型旋轉熱管便於旋轉熱管內部工質順利進行自蒸發循環，同時利於加工製造。而台階型旋轉熱管利用的自蒸發循環旋轉熱管冷卻技術與其他循環水冷卻系統相比，也同時具有良好的表面均溫性、高效的導熱性、無泄露、節約用水等優點。
工作原理
台階型旋轉熱管具有自蒸發循環的台階型旋轉熱管冷卻技術來冷卻連續混煉機 的轉子，其工作原理如圖所示。設計時把連續混煉機轉子的內部設計成兩端封閉、內部充有一定工質的、真空的空心軸，轉子工作部分作為旋轉熱管的熱源段—蒸發段在旋轉工作過程中產生的熱量會使內部工質自行蒸發汽化成蒸汽，蒸汽流到轉子的另一段—冷卻段，把熱量傳給管外的冷卻介質，同時凝結成液體，冷凝液在管內台階形成的靜壓差和離心分力的作用下再流回到蒸發段，繼續吸熱蒸發，蒸汽再流回到冷凝段冷凝，如此循環往復，不斷將轉子旋轉工作過程中產生的熱量及時移走。
優點特性
(1)台階型旋轉熱管轉子具有啟動迅速、高效的導熱性和良好的表面均勻性。
(2)採用自蒸發循環的台階型旋轉熱管冷卻混煉機的轉子，可以做到絕對無泄露，同時可以節約大量的冷卻水。
(3)對於幾何尺寸一定的自蒸發循環台階型旋轉熱管轉子，其熱管內部流型、工作轉速、充液比、工作溫度都會影響其傳熱性能:在工作溫度和充液比相同的情況下，層流時的傳輸功率比環流時的高;在工作溫度70℃相同時，最佳充液比為25%;工作溫度為120℃時，最佳充液比在15%左右;在相同的轉速和充液比下，工作溫度越高，旋轉熱管轉子輸的功率越大;在相同的工作溫度和充液比下，旋轉熱管轉子傳輸的熱量隨轉速的升高而略有升高。
傳熱性能影響因素
工作溫度影響
工作溫度對傳輸功率的影響對於結構尺寸一定的台階型旋轉熱管轉子，其轉速、工作溫度、充液比 是影響其傳熱性能的重要參數。工作溫度對傳輸功率的影響如圖所示，在相同的轉速和充液比下，傳輸功率隨著工作溫度的升高而升高，原因是旋轉熱管轉子是依靠其內部工質水的汽化來傳遞熱量的，內部工作溫度越高，水的汽化潛熱越大，從而傳遞的熱量越多。
轉速影響
轉速對傳輸功率的影響轉速對傳輸功率的影響如圖所示，在工作溫度和充液比一定的情況， 隨著轉速的提高，旋轉熱管轉子的傳輸功率有所提高，但影響不是很顯著。原因是隨著轉速的提高，台階型旋轉熱管轉子冷凝液的回流將加快，冷凝段的液膜厚度減薄，冷凝的傳熱係數有所提高，相應的蒸發段的液膜厚度增厚，蒸發傳熱係數隨之下降，所以總的說來，轉速對旋轉熱管轉子的傳輸功率影響不是很顯著。
充液量的研究
轉速的影響
轉速對充液比的影響轉速對充液比的影響如圖所 示：隨著轉速的提高，旋轉熱管所需的最佳充液比逐漸減少，原因是由於隨著轉速的提高，液體所受的離心力隨之增加，由此在較小的充液量下，液膜就能在旋轉熱管管壁形成均勻、較薄的液膜。
幾何尺寸影響
管徑對充液比的影響計算表明最佳充液量隨台階型旋轉熱管蒸發段和冷凝段管內徑的增 大而增大，這一點很好理解管徑越大，形成環流液膜所需的充液量就越多，同時內部蒸氣空腔也隨著管內徑的增大而增大因此，充液量隨管內徑的增大而增大;但最佳充液比則是隨著管內徑的增大而減小，如圖所示而且，在管徑小於25mm左右，充液比下降趨勢非常明顯，隨後隨著管徑的增大，充液比變化幅度很小，幾乎趨向一定值，原因是隨著管徑的增大液膜厚度減薄，導致總充液量在管內所占的比重下降，而後隨著管徑的增大，蒸汽空腔也隨之增大此時，蒸汽工質對充液比起主導作用，所以總充液比逐漸趨向一定低。
傳輸功率影響
傳輸速率的影響傳輸功率對最佳充液比的影響如圖所示，隨著傳輸功率的增加， 最佳充液比也增大，這是因為旋轉熱管是依靠其內部工質的蒸發凝結來傳遞熱量的，傳輸功率越高，所要求的充液量也越多。
工作溫度影響
工作溫度對充液量的影響工作溫度對充液比的影響如圖所示，工作溫度對充液量的影響並 沒有直接反映在理論分析模型中，但工作溫度一旦發生變化，工質的所有物性參數都將發生變化，如密度、粘度、汽化潛熱。從圖5可看出:熱管在不同工作溫度下工作時所需的充液量沒有顯著差別。
總結
(1)旋轉熱管在不同的運行工況下其最佳充液量是不一樣的。
(2)旋轉熱管的最佳充液比隨著轉速、管徑的增加而減小;隨著傳輸功率的增加而增加;工作溫度對充液比沒有顯著影響。
(3)由於沒有考慮蒸氣對液膜的剪下力，冷凝段傳熱係數的實驗值比模型預測值約小30%左右。
