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。
3、热管的传热性能:
(1)热管的传热极限:
当热管冷凝段材料为8×1×2时，经计算其传热极限为，实际传输的热量远小于此值。
(2)冷凝段自然对流散热量:
当采用半圆翅片(翅高h=12mm，翅厚=2mm)结合镜筒壁作扩展冷却面积自然对流散热时，经计算其散热量可达到Qt=152w，能够满足散热要求。
(3)充液量：
目前柔性热管充液量的多少.还没有一定的计算公式，在这里我们根据以往制作热管的经验，并考虑波纹管波纹空间对冷凝液体回流的影响，使充液量偏大些，约占整个热管容积的1/3，并通过试验来测定热管的起动性能和传热能力。
三、热管的性能试验和结果
1、热管起动性能试验:
起动性能试验是这样安排的，将热管的蒸发段放到不同温度恒温水浴中，分别测定对应不同的温度，热管完全起动的时间，从而确定热管的起动性能，实验装置如图2所示，实验结果见图3。
2、热管的传热性能试验:
实验装置如图4所示.通过电加热来模拟焦面接受的热，测定在给定散热功率下的焦面及焦面支座的温度。实验结果见图5。
3、实验结果分析:
(1)从热管起动性能试验之结果看，其起动性能较好，当温度达50℃时，热管就能很快起动，完全可以满足天文望远镜迅速散热的要求。
(2)从传热性能试验结果来看，所设计的热管传热功率较大，实际散热效果较好，能够满足散热要求。
(3)从长时间传热结果看，散热量基本稳定，偏大的充液量，增加了回流量，也保证了在蒸发段不出现干涸现象。整个热管设计、研制能够达到厂方提出焦面散热的要求。
四、结论
通过大型天文望远镜焦面散热器的研制，我们可以从中获得一些有益的结论:
1、采用柔性热管式焦面散热器，对于大型天文望远镜的焦面散热有以下几个优点:(1)无需增加冷却水源，适应性强，操作方便;(2)不需要循环水泵和相应的管件，不需要维护;(3)可靠性高，使用寿命长。
2、采用柔性的波纹管作热管材料时，在热管研制中充分考虑波纹空间对充液量的影响。以保证回流液能返回蒸发段，并能浸润受热面。
作者： 张建成 南京化工学院热管研究院
袁竹林 东南大学热能工程研究所
