第一部分热管及热管换热器PPT课件

• 汽车热管采暖装置
• 热管式锅炉节能消烟装置
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• 硫酸工业热管换热器
• 内燃机排气蒸发喷射节能装置
• 热管式可控硅散热器研究
• 热管热风炉
• 平板及多槽道微热管研究
• 真空相变供热装置及系统
• 热管锅炉及真空相变锅炉
• 异形分离式热管研究
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2 热管工作原理
2.1 热管的组成（典型热管）管壳、吸液芯、工质
• 1974年后，热管换热器应用于节能及新能源开发，美、 日领先。
• 1980年，美Q-Dot公司热管余热锅炉，日帝人公司锅 炉给水预热器，然后回转式、分离式等新结构出现， 日趋大型化及工业化。
• 1984年，Cotter 微型热管理论。出现毛细泵热管、回 路热管等应用航天及电子工业。长距离挠性热管等应 用特殊场合。
• 我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术交流 活动也十分活跃。 1983年哈尔滨第一届全国热管会议直到 2010年深圳第十二届全国热管会议，推动我国热管事业发展。
• 热管骗子例子
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1. 3 吉林大学（原吉林工大）研究进展
• 1983年开始研究，参加第一届热管会议，东北热管协 会理事单位。
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：
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。
• 从论文来看，环路热管、脉动热管和特殊热管等仍然 是当今热管研究的热点，热管的结构和工质改进等仍 是提高热管性能和适用性的重要议题。
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1. 2 中国情况
• 1970年后，热管性能研究。空间飞行器、高温热管及可控硅 散热方面应用研究。 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。
• 1965年，美Cotter首次提出较完整的热管理论 • 1967年， Los Alamos国家实验室将一不锈钢——水热
管放入人造卫星，空间零重力传热试验成功。从此 ， 各国科学家纷纷研究，热管技术大发展。
• 1969年，日本、前苏联发明不同种类热管，如可变导 热管，旋转热管等。
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• 1970年，美国出现商品热管。空间到地面，开始应用。 最著名：阿拉斯加输油管线支撑，112000根氨热管， 9——23米，保证永冻土。
• 1990年后热管在理论、实验、结构、应用等方面长足 发展，尤其今天，节能减排中发挥巨大作用。
• 1973年德国斯图加特（Stuttgart)第一届国际热管会议，
以后分别在不同国家举行，现已召开十五次，其中两
次在中国举行。
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• 2010年4月，第十五届国际热管会议(15thInternational Heat Pipe Conference)在美国南卡罗来纳州召开。本 届会议论文大会报告：1、环路热管；2、芯结构和工 质；3、环路热管的建模；4、热虹吸管；5、热管的基 础和建模；6、空间热管和技术；7、小型热管；8、平 板热管和蒸汽腔；9、特殊热管和技术；10、脉动热管； 11、热管的工业应用。
• 1980年后，热管研究重点转向节能及能源利用领域。相继开 发了气气式热管换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生 器、高温热管热风炉等。从1987到1991年．我国先后在四川、 福建、北京、浙江、河北等地8台130t／h以上电站锅炉上应 用了大型热管换热器，回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。
• 1990年后，碳钢——水两相闭式热虹吸管研究走在世界前列。 热管研究及应用领域不断拓宽，航天、化工、动力、冶金、 建筑、食品等几乎各个领域。
第一部分
热管及热管换热器
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热管——简单讲，以真空相变原理工作的一种极其 高效的传热元件
实验对
比
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热管的研究背景
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。
钽或玻璃、陶瓷等。管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端 和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。
热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，
通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式 紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶 瓷或烧结金属构成。如右图所示为几种不同的 管芯的结果示意图
热管的相当导热系数可达105 W/m•℃的数量级．为一般金 属材料的数百倍乃至上千倍。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。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。
卫星传热例子
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1 热管技术回顾（发展史）
图2.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
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。
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热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制
造。在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与 管壳不发生化学反应，不产生气体。
管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、
1.1 国际情况
• 1944年，美国通用发动机公司，R.S Gaugler首先提出 热管设想及概念。用于冷冻装置专利。
• 1963年，Los Alamos国家实验室的G.M.Grover独立发 明类似传热元件，并付诸实践，测试、64年发表论文 正式命“Heat Pipe”。证明了其“超导热性”。实验 为5200W不锈钢——钠有芯热管。
热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸
点，较低的粘度及良好的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和
润湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细
力。工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物