浅议热管技术及其在热能工程中的应用

编号：SY-AQ-00514

( 安全管理)

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浅议热管技术及其在热能工程

中的应用

Discussion on heat pipe technology and its application in thermal engineering

浅议热管技术及其在热能工程中的

应用

导语：进行安全管理的目的是预防、消灭事故，防止或消除事故伤害，保护劳动者的安全与健康。在安全管

理的四项主要内容中，虽然都是为了达到安全管理的目的，但是对生产因素状态的控制，与安全管理目的关

系更直接，显得更为突出。

热管技术现在运用的越来越频繁，本文对热管的基本组成，热管的工作原理，以及热管的分类和热管在应用的过程中，所要解决的技术关键做了详细的分析，并且对热管技术在热能工程的应用进行了分析和研究，给以后的热管研究提供了参考。

随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是与日俱进，热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非常高，是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术，热管的截面非常的小，并且不需要加入任何的动力就可以让巨大的热能，进行传输。因此，热管在热能工程的应用越来越广泛。

热管的组成和原理

1.1.热管的组成

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×（10负1－－－10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段)，另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫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，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：

1.1.1.热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到（液－－－汽）分界面；

1.1.

2.液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；

1.1.3.蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；

1.1.4.蒸汽在冷凝段内的汽．液分界面上凝结：

1.1.5.热量从（汽－－液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源：

1.1.6.在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。

1.2.热管的原理

在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。

当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。热虹吸管结构简单，工程上广泛应用。

热管应用的技术关键

2.1.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。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。

2.2.优良的等温性

热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。

2.3.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，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。

2.4.热流方向的可逆性

一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。

2.5.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，以适应长距离或冲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）。

热管技术在热能工程中的应用

3.1.炼焦炉余热回收工程中的应用一般的情况下，从炼焦炉被释放出来的烟气，温度会非常的高，不进行回收利用，就会造成非常大的浪费。如果把热管技术运用到炼焦炉，并且安装到烟囱内，这些大量的余热就可以回收利用。第一个步骤，在热管内，工作介质对于烟囱内的热量进行有效的吸收，并且蒸发成气体，这些气体会传送到凝结段，进行热量的释放后，开始凝结，当能量完全的释放之后，继续变成液态的介质，再一次的流回蒸发段，继续的循环。通过凝结段的使用，得到的热量，应该进行加热，除去盐水，因为热管传送的热量类型非常多。所以汽和谁的混合物就会大量的产生，并且沿着上升管在集箱的内部汇进行合，并且在最后都进入汽包实现分离。

3.2.热管用于传送和储存能量用热管传送热量是利用汽化潜热

或化学反应将热量从高温流体传向低温流体,这时热管相当于传送管道,但功能和功率都比一般传送管道多,而且不需要传送泵等设备｡热管用于储存能量,并不是利用热管本身,因热管本身的储热能力很小,而是用热管结构简单的特点和容易设置蓄热材料,如可在热管外面设置蓄热材料,其工作原理为当高温热源充足时,蓄热材料储存一部分热量,而当高温热源不充足或间断时,蓄热材料将储存的热量通过热管传送给低温物体｡

3.3.热管用于控制设备的温度

利用热管的控制性能进行控温的方式,具有结构简单､体积小､性能良好和工作可靠等优点｡它的工作原理是利用变导热管的可调节性能,由于变导热管中的惰性气体随温度的膨胀而改变凝结段换热面积,因而可控制热管内温度,从而也就控制了加热段的温度｡这项技术被广泛应用于卫星､宇宙飞船等设备上,它能使卫星､宇宙飞船各部件之间,甚至整个卫星结构等温化｡

随着传统能源变得越来越少，把热管技术成功的使用在热能工程，不仅仅可以完成热能的合理流动，同时还可以减少大量的能量