換熱管所傳送的熱量是很大的，但是，每一只換熱管所能傳送的熱量也不能無限制地增大，這要受到熱管的幾個工作極限的限制。本章主要討論換熱管的幾個工作極限。

1. 換熱管的工作極限

  換熱管的研究工作主要是研究換熱量與溫度的關系。在正常情況下，蒸發段與冷凝段之間的溫度差不超過10℃，對于高溫換熱管也不應超過20℃，如果試驗時的溫差超過10℃，則表示換熱管工作不正常，而大部分是因為制造質量不佳所引起的。在換熱管啟動到正常工作之間有一個過渡過程。這個過渡過程的特點是冷凝段溫度漸漸增高，一直達到穩定，但是熱管啟動到正常工作的過渡時間一般只需1min左右。

 換熱管在正常工作時，其傳送熱量Q和溫度有關，一般溫度越高熱管傳送熱量越大。

 最大的熱流是指無論加熱段能夠加進多大熱量，冷卻段就能輸送出多少熱量，這時熱管內部從蒸發段傳送到冷凝段的熱量到了最大限度，故又稱臨界熱量。換熱管傳送的最大熱量是根據實驗確定的，即

  Q=M₁·C_p1·△t

式中Q -- 從冷凝段測出的熱管傳送的熱量，kW；

      M -- 冷流體的質量流量，kg/h；

      Cp₁ ---冷流體的比定壓熱容，kJ/（kg-℃C）；

      △t--冷流體的溫升，℃。

  由于熱管工作是靠流體力學平衡的，所以，凡是對于流體流動有限制的因素，也都成為熱管工作限制的因素。這些限制歸納起來有如下一些。

  ①. 黏性限--受黏性力限制。

  ②. 音速限-有些高溫熱管啟動時，蒸氣速度可能達到音速。在這種情況下必須考慮壓縮性的影響。音速條件是熱管達到最大可能的傳熱能力的一個限制。

  ③. 攜帶限-熱管熱負荷升高時，蒸氣流速加大，蒸氣與回流液膜的摩擦也增大，這時，可能產生液態工質被蒸氣流所攜帶的現象。這種現象妨礙了凝結液的正?；亓?，因而造成了一個傳熱極限。

  ④. 毛細限（吸液限）-毛細壓差不足，不能克服管內流動阻力，造成了蒸發段燒干而受到限制。

  ⑤. 沸騰限-熱管溫度升高時，因產生沸騰造成熱管工作停止或熔損破壞而受到的限制。

  所有這些傳熱極限與熱管工作溫度的關系，如圖3-1所示。

  下面依次說明各性能界限的極限。

2. 黏性限

 黏性限是黏性蒸氣流的界限。黏性限出現在溫度較低的范圍內。由于管內凝結液的流動阻力較大，使凝結液返回到蒸發段的數量減少，因而蒸發段蒸氣量也減少，即換熱管的傳熱量減少或者說受到了黏性限制。

 對于黏性蒸氣流領域（層流）傳熱量的黏性限可以采用下式進行計算，即最大傳熱量表達式為

3. 音速限

 因為蒸氣有壓縮性，所以，在加熱段如果增加輸入的熱量超過一定值時，蒸氣流在加熱段的出口處達到音速，便出現蒸氣流量的阻塞現象。由此現象產生的傳熱量的界限稱為音速限。

由熱平衡式、理想氣體的狀態方程以及聲速的表達式：

 4. 攜帶限

  吸液芯中從冷凝段回流到蒸發段的液體的一部分，由于蒸氣流的流動，將液體攜帶到冷凝段，因而造成蒸發段吸液芯干枯，引起蒸發段過熱，這也是一種限制。

  對于重力式無芯熱管（熱虹吸管），田長霖根據已有的逆流氣液流動系統的液阻經驗關系式推薦由下式計算熱管的攜帶極限：

對于槽道吸液芯熱管，在計算攜帶極限時通常的液阻關系必須考慮到毛細結構的影響，并作修正，田長霖推薦的計算式為：

  由計算可見，Q_ent值較低，對于大功率的熱虹吸管，攜帶極限很可能成為熱管傳熱的一個重要的極限。為了提高攜帶極限的數值，有效的辦法之一是加大管徑，使A,增大。另外，如采用縱向槽道吸液芯，則可使Q_ent值大大提高。例如，當槽道寬度取0.4mm時，對于上面例題給定的條件，由式（3-6)計算的Qent=27.6kW,比無芯結構時提高了7.4倍。

5. 毛細限（吸液限）

 隨著輸入熱量的增加，由于吸液芯干燥而過熱產生的熱流量界限，稱為毛細限或吸液限。

 輸入熱量的增大，加大了加熱段的蒸氣壓力，結果使液體進入吸液芯內，使吸液芯的一部分暴露在蒸氣中。因而，這部分吸液心過熱干燥出現干枯現象。

 對于重力輔助的縱向槽道熱管，可將每－槽道看作一個單獨的毛細結構。另外，假定下述條件：

①. 忽略蒸氣流的壓力損失；

②. 加熱段在下，冷卻段在上。

最后，得到毛細限傳熱量的計算式為:

6. 沸騰限

  在達到毛細限后，再增大輸入熱量，在加熱段的吸液芯內就會發生沸騰。當沸騰出現后，如進一步加入熱量，則在熱管內壁上局部被蒸氣覆蓋著的那些地方會隨著溫度急劇上升發生熱管的熔損，甚至會使熱管停止工作。

 利用公式（3-9)計算沸騰限熱流量可得圖3-1中曲線6-6段。同樣，利用上面得到的各極限計算公式，可以得到圖3-1中的相應的其他曲線。

7. 換熱管內的壓力分布

為使蒸氣在換熱管內從蒸發段流向冷凝段，需要有沿蒸氣流路的蒸氣壓力梯度。同樣，凝結液從冷凝段返流到蒸發段，也需要有沿液體流路的壓力梯度。因此，下面將討論關于換熱管內的壓力分布及其壓力平衡式。

在熱管工作時，其部的蒸氣及液體軸向壓力分布如圖3-2所示。在蒸發段，蒸氣空間的蒸氣壓力和吸液芯中的液體壓力間的壓為差ApE為