热管技术

⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液 体流动。
从传热状况看，热管沿轴向可分为 蒸发段，绝热段和冷凝段三部分。
2.2. 热Байду номын сангаас的工作过程
如图：当热管的一端受热时毛细芯中的液 体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另 一端放出热量凝结成液体，液体在沿多孔 材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循 环往复，热量便从一端传到了另一端！
(1)热管换热设备较常规设备更安全、可靠，可长期连续运行 这一特点对连续性生产的工程，如化工、冶金、动力等部门具有特别重要的意义。 常规换热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有 泄漏，则将造成停产损失。由热管组成的换热设备，则是二次间壁换热，即热流要通 过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到冷流体，而热管一般不可能在蒸发段和冷 凝段同时破坏，所以大大增强了设备运行的可靠性。 (2)热管管壁的温度可调性 热管管壁的温度可以调节，在低温余热回收或热交换中是相当重要的，因为可以通 过适当的热流变换把热管管壁温度调整在低温流体的露点以上，从而可防止露点腐蚀， 保证设备的长期运行。这在电站锅炉尾部的空气预热方面应用得特别成功，设置在锅 炉尾部的热管空气预热器，由于能调整管壁温度不仅能防止烟气结露，而且也避免了 烟灰在管壁上的粘结，保证锅炉长期运行，并提高了锅炉效率。 (3)冷、热段结构和位置布置灵活 由热管组成的换热设备的受热部分和放热部分结构设计和位置布置非常灵活，可适 应于各种复杂的场合。由于结构紧凑占地空间小，因此特别适合于工程改造及地面空 间狭小和设备拥挤的场合，且维修工作量。 (4)热管换热设备效率高，节能效果显著。
2.5热管的相容性及寿命
热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体不发 生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。 相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管， 才能保证稳定的传热性能、长期的工作寿命及工业应用的可能性。影响 热管寿命的因素很多，归结起来，造成热管不相容的主要形式有以下三 方面：
2.3.热管的传热极限
热管虽然是一种传热性能极好的元件，但也不可能无限加大热负荷， 其传热能力的上限值会受到一种或几种因素的限制，如毛细力、声速、 携带、冷冻启动、连续蒸气、蒸气压力及冷凝等，因而构成热管的传 热极限(或叫工作极限)。这些传热极限与热管尺寸、形状、工作介质、 吸液芯结构、工作温度等有关，限制热管传热量的极限类型是由该热 管在某种温度下各传热极限的最小值所决定的。具体来讲，这些极限 主要有（如图所示）：
1984年Cotter较完整地提出了微型热管的理论及展望，为微 型热管的研究与应用奠定了理论基础。
我国于1970年开始的热管研制工作．首先是为航天技术发 展的需要而进行的。
1976年12月7日，在卫星上首次应用热管取得了成功；我
国气象卫星也应用了热管，取得了预期的效果。
1973年在德国斯图加特召开了第一届国际热管会议后，到 目前为止，已经举行了16届
第二章 热管及其特性
2.1热管的组成
图2.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
热管：是一种传热性极好的人工构 件。常用的热管由三部分组成：主 体为一根封闭的金属管（管壳）， 内部空腔内有少量工作介质（工作 液）和毛细结构（管芯），管内的 空气及其他杂物必须排除在外。热 管工作时利用了三种物理学原理：
由于热管具有导热性能好、结构简单、工作可靠、温度 均匀等良好性能．热管是传热领域的重大发明和科技成果， 给人类社会带来巨大的实用价值。
1.2简历
1942年美国通用发动机公司的R.S.Gaugler首先提出热管的 原理并于1944年获得专利。
1962年L.Trefethen再次提出类似于Gaugler的传热元件用于 宇宙飞船，但因这种建议并未经过实验证明，亦未能付诸实 施。
(6)恒温特性
普通热管的各部分热阻基本上不随着热量的变化而变化，因此热管各部分的温度随加热量变 化。但可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这 样热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的 恒温特性。
(7)环境的适应性
热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、 手术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距离或冷热流体不能混合的情况下的换热；热 管既可以用于地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。
两相闭式热虹吸管
对于两相闭式热虹吸管，所可能发生的传热极限主要是干涸极限、沸腾极
限(又称烧毁极限)和携带极限。干涸极限一般发生在充液量过小时。 为了避免热管工作时达到这些传热极限，并强化热管的换热，目前行之有
效的方法有：在热虹吸管的蒸发段内同心放置开孔抑泡管抑制该段气泡的脱离； 在冷凝段内设置溢流同心导管降低该段的凝结热阻；将热虹吸管的内壁加工成 为轴向槽道表面提高热虹吸管的换热系数等。
第三章 热管的分类
由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材质和 工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的 分类方法有以下几种。
按照工作液体回流动力区分有芯热管、两相闭式热虹吸管(又称 重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体 动力热管、渗透热管等等。
(3)管壳材料的腐蚀、溶解
工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生 溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起强 度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。
2.6总结：热管技术的重要特点
与常规换热技术相比，热管技术之所以能不断受到工程界欢迎，是因其具有如下的 重要特点。
热管技术及其应用
法
目录
一、背景 二、热管的特性 三、热管的分类 四、热管换热器 五、热管的应用
1.1背景
当今传热工程面临两大问题：研究高绝热材料和高导热 材料。具有良好导热性的材料有铝[(λ＝202W/m•℃)]、柴 铜[λ＝385W/ m•℃]、和银：λ＝410W/ m•℃)]，但其导热 系数只能达到 102W/m•℃的数量级，远不能满足某些工程中 的快速散热和传热需要，热管的发明就解决了这一问题。热 管的相当导热系数可达105W/m•℃的数量级．为一般金属材 料的数百倍乃至上千倍，因此被称为“超导热体”。它可将 大量热量通过很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。
(1)产生不凝性气体
由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在热 管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝 面积减小，热阻增大，传热性能恶化。
(2)工作液体物性恶化
有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，或与壳体材料发生化学反应， 使工作介质改变其物理性能。
在这一热量转移的过程中，具体包含了以 下六个相互关联的过程： （1）热量从热源通过热管管壁和充满工作 液的吸液芯传递到液-气分界面； （2）液体在蒸发段的液-气分界面上蒸发； （3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段； （4）蒸汽在冷凝段内的液-气分界面上凝 结； （5）热量从液-气分界面通过吸液芯、液 体和管壁传给冷源； （6）在吸液芯内由于毛细作用（或重力等） 是冷凝后的工作液回流到蒸发段。
3.1两相闭式热虹吸管
两相闭式热虹吸管简称热虹吸管，又称为重力热 管。其结构和原理如右图所示。与普通热管原理一 样，但不同的是热管内没有吸液芯，冷凝液的回流 主要是靠自身的重力作用，因此，热虹吸管的作用 有一定的方向性：冷凝段位置必须高于蒸发段。其 结构简单、制造方便、成本低廉、而且传热性能优 良、工作可靠，因此他在地面上的各类传热设备中 都可以作为高效传热元件，其应用领域非常广泛。
2.4.热管的基本特性
(1)很高的导热性
热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。
(2)优良的等温性
热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，温降亦 很小，因而热管具有优良的等温性。
(3)热流密度可变性
热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，这样即可以改变热流密度。
3.2旋转热管
2.3.热管的传热极限
热管工作中当其蒸发段径向热流密 度很大时，将会使管芯内工作液体 沸腾。当径向热流密度达到某一临 界值时，对于吸液芯的热管，由于 所发生的大量汽泡堵塞了毛孔，减 弱或破坏了毛细抽吸作用，致使凝 结液回流量不能满足蒸发要求。
冷凝极限是指通过冷凝 段汽-液交界面所能传递 热管中蒸汽与液体的流动方向的最大热量。热管最大 相反，在交界面上二者相互作传热能力可能受到冷凝 在蒸 支用由波蒸配汽，于动汽 ，在阻受，热温即当止逆度热管对向蒸内低管汽方蒸时中的流汽速流， 蒸度动 流工 汽动。 的高受作 流到液 作粘流 动能体 用性体 的把表 产力的 粘液面 生段 凝冷冷 性凝却气段能体的力的冷的存却限在效制降率，低。不了 能 热蒸滞而面带带从 使力管发阻与上到走热而。长热段从防力吸的冷，管造粘度管去图止液限成液凝使停性 和的的中 出形制芯体段应止蒸极蒸携液可 现对以热于真的了式发剪时当工限汽带体以毛无空于 及 管 自热几切，通作段只通传不看 细关小 工 内 由状何管毛成 液 过 ，与 道热足出 极热 作 的 分态。的形细 体 毛 这细工 直极在 中 能 次 段 蒸： 限甚状最管 温 蒸 子。芯滴 被 细 就质 径限从 ， 在 冷 来 发当 及至和大， 度 气 状这干并 大 芯 达物 有。冷 蒸 绝 冻 的 段工 沸中结传如 很 流 态时涸把 量 返 到性 关冻 发 热 ， 工 干作 腾断构热微 低 动 或，，它 携 回 了、 ，状 端 段 这 作 涸温 极，型 的 可 稀由态 来 或 将 介 ，度限热热能薄于启得冷耗质热低。管管处、不当凝传段一再声加声动蒸凝尽，管时故，，蒸段热出步使速，速过气段蒸导无，热发温量口降蒸，这的程可再发致法最管段度因汽低发因时极易的温可而速冷段而热限出工度使加达凝出传管。现作一蒸大到段口热的粘点定汽。声温处量工性必，流但速度汽也作极须降速当时也速不达限选低加蒸，不超再到及择在的压就量抽需的冷大发进能过增了声在热循头达和回干要，速包管环达到冷到涸的极络量运压到了凝蒸和限线行 力 平 最 量 发 过，高。 的以中 降 衡 大 ， 段 热，下， 与 时 值 则 的 。致甚而方会当 所 ， 。 会 液 导至在。热 能 该 如 因 体 致发“高生管 提 热 果 毛 不 壳烧温蒸中 供 管 这 细 能 壁毁下发的 的 的 时 压 满 温”则段汽 最 传 加 头 足 度应吸体 大 热 大 不 蒸 剧液液 毛 量 蒸 足 发 烈芯体 细 也 发 使 所 升 能获得连续的正蒸常气启流动，工传作。