热管的基本原理和结构课件

工业热管与其他应用场合使用的热管最大的区别就是要求其结构 简单、成本低廉，这样，靠重力使冷凝液回流的无吸液芯热管—重力 热管成为首选方案；而为了降低成本，碳钢-水组合热管逐步替代了 铜-水组合热管及钢铜-水组合复合热管，并多年来一直致力于管壳-工 质组合的研究。
热管技术在我国的应用始于70年代初，回顾其发展历程，大体可 分为三个阶段，第一阶段从70年代初到1980年为热管的研制阶段， 主要开始了热管的研制和实验研究工作，取得可喜的成绩。第一支钠 热管就诞生于1972年，随后又研制成功铜-水热管，氨热管等等，在 这期间，应用成果较少。第二阶段从1980年至1983年，为开始实用 化应用阶段，这一阶段特征为以节能为目的热管换热器在某些企业和 地区得到成功应用，并带来较显著的经济效益，受到社会的关注。尤
5 热管应用过程中存在的几个关键的技术问题
在热管技术蓬勃发展的今天，在工业应用中仍然存在一些问题， 这些问题得不到很好的解决，将极大的限制热管技术的使用和深入发 展。因此，有必要对这些问题去研究、去探索，以求找到合理的解决 办法。 5.1热管的积灰问题及对策
在热管余热回收设备中，热管积灰是普遍存在的问题，积灰增加 了受热面热阻，降低设备的传热能力。积灰还可以减少流体的通道面 积，增加流动阻力，降低换热表面温度，造成低温露点腐蚀。不少余 热回收设备由于积灰严重不能正常运行，甚至被迫停用，因此积灰已 成为了节能设备是否能够正常运行的一个主要问题，应给予高度重视。
普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等等。
（5） 按热管的功用划分
传输热量的热管、热二极管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。
4 热管换热器与其他热交换器的比较
热管换热器与其他热交换器比较，有如下几方面的优点：
（1）传热系数高
由于是相变传热以及热管外部可以很方便地采用扩展表面，使得
2 热管的基本原理和结构
图1 热管结构示意图
3 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，常用的分类方法有一下几种。
（1）按照热管内工作温度区分
低温热管（-273～0℃）、常温热管（0～250℃）、中温热管（250～450℃）和高
温热管（450～1000℃）。
（2）按照工作液体回流动力区分
有芯热管、重力式热管、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）按管壳与工作液体的组合方式划分
铜-水热管、钢-水热管、钢铜复合-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢
-钠热管等等。
（4） 按结构形式区分
热原理最初是美国通用发动机有限公司的高格勒 （Gaugler）于 1944年提出的，并以“热传递装置”为名取得专利，当时因未显示 出实际意义而未受到应有的重视。其后，美国通用电气公司的 Trefethen又提出报告，建议在宇宙飞船中采用由毛细力驱动的无动 力传热装置，但Gaugler的专利和Trefethen的建议都没有被付诸实 施。
60年代初期，由于宇航事业的发展，要求为宇航飞行器提 供高效传热元件，促使美国洛斯-阿拉莫斯科学实验室的格罗 弗（Grover）及其合作者于1964年在独立研究的基础上，再次 发 现 这 种 传 热 装 置 的 原 理 ， 并 在 《Journal of Applied physics》 上 发 表 一 篇 题 为 “ Structures of Very High thermal Conductance”的研究简讯，首次公开了他们的实验结 果 ， 并 给 这 种 结 构 命 名 为 热 管 “ Heat Pipe” ， 紧 随 之 后 ， Cotter于1965年首次较完整地阐述了热管理论，使得热管技术 被人们所接受并首次成功地应用于宇航事业。从此之后，热管 技术研究和应用在美、英、德、苏、意、日等国学者中引起连 锁反应，研究成果和专利层出不穷，应用领域也从空间扩大到 地面。
1 热管的发展进程
热管是一种新型相变高效传热元件，从它一问世，就以它独特 的传热特性引起了人们的极大兴趣。不论从理论上，还是从应用上， 这一新的学科分支，以它独有的生命力，在极短的时间内，已根深 叶茂，硕果累累。
热管，按其工作的原理，应称之谓“密闭两相传热系统”，即 在一个密闭的体系内，依靠流体的相变来传递热量的装置。这种传
为热管元件彼此是独立的，只是按一定的排列架在一起的，
而不象列管式那样，管子与管箱是互相联在一起的，是一
个整体，因而不便于拆卸。有些热管空气预热器甚至在工
作状态下，不用停机就能进行热管元件的更换和检修。
（5）抗露点腐蚀
热管换热器加热端和冷却端的面积可以人为地调节，
管壁温度也就可以相应得到调节，因而具有较强的抗露点
传热显著增强，例如，气-气型热管换热器的系数比列管式高出数倍。
（2）传热温差大
热管换热器可实现纯逆流换热，因而具有较大的传热温差。
（3）结构紧凑
在传递相同热量的情况下，热管换热器需要较少的传热面积，因
wenku.baidu.com
而具有良好的紧凑性，占地面积和金属消耗量大为减少。
（4）检、维修方便
热管元件具有很好的可拆换性，便于维护和维修。因
腐蚀的能力。此外，即使有热管腐蚀泄漏了，也不会造成
冷热流体的掺混。
项目
种类
压力损失 放热系数 价格 辅助动力 流体相互污染 单位容积传热面积 维修费
表1
几种热交换器的比较
回转式
管壳式
水热媒
中
高
低
高
高
低
高
中
很高
有
无
有（增加运行成本）
有
无
无
高
低
中
高
中
高
板翅式
热管式
低 中 高 无 无 很高 中
低 高 中 无 无 很高 很低
其是碳钢-水热管的研制成功，为节能推广应用奠定了基础。
从1983年到现在，是第三个阶段，进入了较系统地理 论和应用技术的研究以及热管产品的推广应用阶段。在这 阶段热管技术不断被人们所认识，并在各种节能换热设备 中发挥越来越重要的作用。经过20多年的努力，我国的热 管技术工业化应用已处于国际先进水平。目前，气-气热 管换热器、热管蒸汽发生器（余热锅炉）、高温热管（液 态碱金属热管）蒸汽发生器、高温热管热风炉等节能产品 已广泛用于冶金、石油、化工、动力、电子电器及陶瓷等 工业领域，发展势头方兴未艾。