真空超導(dǎo)散熱器簡(jiǎn)介

1、真空超導(dǎo)散熱器基本原理真空超導(dǎo)散熱器，又叫熱虹吸管散熱器，利用柱型或板型散熱器為殼體，在散熱器底部穿入熱媒管，殼體內(nèi)注入工質(zhì)，并建立真空環(huán)境，這是一種常溫重力式熱管。工作過(guò)程是：在散熱器底部，供熱系統(tǒng)通過(guò)熱媒管將殼體內(nèi)的工質(zhì)加熱，在工作溫度范圍內(nèi)，工質(zhì)沸騰，蒸汽上升至散熱器上部凝結(jié)放熱，凝結(jié)液沿散熱器內(nèi)壁回流至加熱段被再次加熱蒸發(fā)，熱量通過(guò)工質(zhì)的不斷循環(huán)相變由熱源傳遞至熱沉，達(dá)到供熱、加熱的目的蒸發(fā)段相當(dāng)于散熱器的“內(nèi)熱源”，“冷凝段”的表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于“蒸發(fā)段”的表面積。為了改善對(duì)室內(nèi)熱微環(huán)境的影響，供暖散熱器理想的目標(biāo)是一定的熱媒溫度下得到最大的散熱量，同時(shí)有均勻的表面溫度，避免散熱器表面出

2、現(xiàn)“熱區(qū)”、“冷區(qū)”。幾種工質(zhì)的主要熱物理參數(shù)（1）熱虹吸散熱器的放熱能力不及常規(guī)散熱器。熱虹吸散熱器屬于“二次換熱”，總的傳熱熱阻比常規(guī)散熱器大，使得以外表面計(jì)算的總傳熱系數(shù)下降；受結(jié)構(gòu)的局限，熱虹吸散熱器“蒸發(fā)段”傳熱面積遠(yuǎn)小于“冷凝段”傳熱面積，因而其傳熱能力主要取決于熱媒管與工質(zhì)之間的熱阻。另有研究表明，強(qiáng)化熱媒與工質(zhì)之間的換熱可以提高熱虹吸散熱器總傳熱系數(shù)30%以上3。（2） 熱虹吸散熱器具有與常規(guī)散熱器相反的表面溫度均勻性特性。常規(guī)散熱器表面溫度不均勻，存在明顯的“熱區(qū)”和“冷區(qū)”，熱媒出口附近散熱器表面測(cè)試溫度值明顯低于熱媒進(jìn)口附近的測(cè)試溫度值，散熱器表面溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)比熱虹吸

3、散熱器相應(yīng)數(shù)值高得多，而且其數(shù)值隨著熱媒溫度的升高而加大；熱虹吸散熱器表現(xiàn)出良好的表面溫度均勻性特性，但水工質(zhì)熱虹吸散熱器在熱媒進(jìn)水溫度低于88時(shí)，散熱器表面溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差值與常規(guī)散熱器不相上下，熱媒進(jìn)水溫度88后，水工質(zhì)熱虹吸散熱器表現(xiàn)出良好的表面溫度均勻性；隨著熱媒進(jìn)水溫度的升高，各種實(shí)驗(yàn)工質(zhì)熱虹吸散熱器的表面溫度均勻性越顯著。對(duì)于常規(guī)散熱器，熱媒溫度越高，進(jìn)、出口端受熱不均勻越顯著，相應(yīng)進(jìn)、出口端散熱器表面溫度的不均勻性也越明顯；而對(duì)于熱虹吸散熱器，表面溫度不均勻是工質(zhì)蒸汽不均勻分布和殘存不凝性氣體阻止蒸汽凝結(jié)放熱引起的。沿?zé)崦焦荛L(zhǎng)度方向，熱虹吸工質(zhì)在熱媒入口端比出口端沸騰強(qiáng)烈，常規(guī)散熱器

4、片式或柱式結(jié)構(gòu)形式阻礙了熱虹吸工質(zhì)在散熱器內(nèi)部的橫向流動(dòng)，導(dǎo)致散熱器表面溫度的不均勻性，隨著散熱器的溫度升高，不凝性氣體的影響相對(duì)減弱，散熱器的表面溫度均勻性進(jìn)一步改善，另外，開(kāi)發(fā)有利于熱虹吸工質(zhì)蒸汽在散熱器內(nèi)部均勻分布的散熱器結(jié)構(gòu)形式，可進(jìn)一步克服沿?zé)崦焦芊较蚬べ|(zhì)不均勻受熱造成的表面溫度不均勻現(xiàn)象。（3） 適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎悍秶沁x擇熱虹吸散熱器工質(zhì)的重要決定因素。 熱虹吸管散熱器主要依靠工作液體的相變來(lái)傳遞熱量，工作液體應(yīng)具有良好的綜合熱物理性質(zhì)，要求液體的輸運(yùn)因素大，并有適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎海慌c經(jīng)典熱管不同的是，熱虹吸熱管沒(méi)有吸液芯結(jié)構(gòu)，凝結(jié)液在重力作用下回流，其最大傳熱能力主要受限于攜帶極限

5、，而常溫重力熱虹吸管，內(nèi)腔相對(duì)開(kāi)闊，上升蒸汽流對(duì)壁面回流冷凝液的影響并不顯著，工作溫度區(qū)域內(nèi)適當(dāng)?shù)娘柡蜌鈮猴@得更為重要。適當(dāng)?shù)娘柡驼羝麎菏菬岷缥谕ǔ崦綔囟确秶鷥?nèi)正常啟動(dòng)的條件，實(shí)驗(yàn)中，R11、丙酮、甲醇、水工質(zhì)的熱虹吸散熱器的啟動(dòng)溫度依次提高也說(shuō)明了這一點(diǎn)；另外，過(guò)高、過(guò)低的飽和蒸汽壓，以及散熱器運(yùn)行時(shí)內(nèi)部大跨度的壓力變化還給工程運(yùn)用帶來(lái)工藝實(shí)現(xiàn)上的困難；所以，水、R11不宜作為一般供暖熱虹吸散熱器工質(zhì)；而甲醇、丙酮工質(zhì)熱虹吸散熱器內(nèi)的壓力則在大氣壓附近變化，是較理想的選擇。盡管水有很高的輸運(yùn)因素（如表1所示），測(cè)試數(shù)據(jù)表明，水工質(zhì)熱虹吸散熱器的熱工性能并不優(yōu)越，特別是熱媒流量較小或熱媒溫

6、度較低時(shí)，傳熱量較小，散熱器在較低溫度下運(yùn)行，這時(shí)飽和氣壓很低，蒸汽非常稀薄，凝結(jié)放熱量小，熱虹吸散熱器性能不佳。（4） 殘存不凝性氣體對(duì)熱虹吸散熱器熱工性能有關(guān)鍵性不利影響。 2由于工藝上的局限，散熱器內(nèi)必然不同程度地殘留一定量的空氣等不凝結(jié)性氣體，對(duì)熱虹吸散熱器的熱工性能帶來(lái)不利影響，這種影響在熱虹吸工質(zhì)飽和蒸汽壓較低時(shí)尤其顯著，也從另一個(gè)方面說(shuō)明了水不宜作為一般供暖熱虹吸散熱器工質(zhì)。不凝結(jié)性氣體存在，導(dǎo)致啟動(dòng)溫度上移，在熱媒溫度較低或熱媒流量不足時(shí)，熱虹吸散熱器不能啟動(dòng)，因而不能供熱，實(shí)驗(yàn)中，水工質(zhì)的熱虹吸散熱器在熱媒溫度較低時(shí)啟動(dòng)困難也說(shuō)明了這一點(diǎn)。由于不凝結(jié)性氣體在散熱器內(nèi)壁面形成氣

7、膜，阻礙蒸汽的凝結(jié)放熱，導(dǎo)致熱虹吸效果惡化，在熱功率較小時(shí)甚至導(dǎo)致熱虹吸現(xiàn)象停止，散熱器性能大大降低或破壞，實(shí)驗(yàn)中，水工質(zhì)熱虹吸散熱器在熱媒溫度較低時(shí)，熱工性能并不優(yōu)越也說(shuō)明了這一點(diǎn)，但是，當(dāng)熱媒進(jìn)水溫度超過(guò)88以后，水工質(zhì)熱虹吸散熱器熱工性能顯著改善，因?yàn)殡S著散熱器的溫度升高，飽和蒸汽壓提高，不凝性氣體的影響相對(duì)減弱。（5） 各種實(shí)驗(yàn)散熱器總放熱量中，輻射放熱量約占其比例的39±6%。散熱器殼體內(nèi)殘存的不凝性氣體對(duì)熱虹吸效果的不利影響，且隨著溫度的降低，這種影響更為顯著，5 熱虹吸散熱器的優(yōu)點(diǎn)及有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題選用適當(dāng)?shù)墓べ|(zhì)，熱虹吸散熱器相對(duì)于常規(guī)散熱器具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)越性：（

8、1）表面溫度均勻，熱媒溫度越高，或傳熱量越大，熱虹吸散熱器表面溫度均勻性越好，有利于改善熱微環(huán)境。（2）二次換熱，散熱器本身不承受熱媒管路系統(tǒng)壓力，而熱媒管路比散熱器承壓能力大，因此應(yīng)用于高層建筑供熱系統(tǒng)，不容易出現(xiàn)低區(qū)超壓的問(wèn)題。（3）熱媒環(huán)路比使用常規(guī)散熱器簡(jiǎn)單，不容易出現(xiàn)因集氣而造成的氣塞現(xiàn)象。（4）散熱器殼體不與熱媒接觸，散熱體難以腐蝕，大大減輕始終困擾常規(guī)散熱器中央供熱系統(tǒng)的氧化腐蝕現(xiàn)象，以及由此進(jìn)一步引起的管道堵塞而造成的供熱失調(diào)。（5）熱媒循環(huán)系統(tǒng)更為簡(jiǎn)化，系統(tǒng)阻力小，節(jié)省循環(huán)動(dòng)力功耗。（6）熱虹吸散熱器內(nèi)工質(zhì)的質(zhì)量遠(yuǎn)少于常規(guī)散熱器內(nèi)水的質(zhì)量，散熱器整體相當(dāng)輕便，便于安裝布置。同

9、時(shí)，用于集中供熱系統(tǒng)，也有一些實(shí)際性的工程問(wèn)題有待進(jìn)一步完善： 3（1）熱虹吸散熱器屬于二次間壁換熱，對(duì)比常規(guī)水熱媒散熱器，總的熱阻有所增大，熱媒流量也要加大，強(qiáng)化熱媒與熱管工質(zhì)之間的換熱是提高效率的關(guān)鍵。（2）熱虹吸從啟動(dòng)到穩(wěn)定工作，管內(nèi)產(chǎn)生從負(fù)壓到正壓的大跨度壓力變化，停止工作時(shí)，管殼內(nèi)需要維持一定的負(fù)壓，因此，生產(chǎn)工藝要求較普通散熱器高得多。（3）熱虹吸散熱器的性能穩(wěn)定性有待更長(zhǎng)期的工程實(shí)踐檢驗(yàn)。（4）開(kāi)發(fā)有利于熱虹吸工質(zhì)蒸汽在散熱器內(nèi)部均勻分布的散熱器結(jié)構(gòu)形式，可進(jìn)一步克服沿?zé)崦焦芊较蚬べ|(zhì)不均勻受熱造成的表面溫度不均勻現(xiàn)象。 6 結(jié)論（1） 選用丙酮、甲醇等合適的工質(zhì)，熱虹吸散熱器具有

10、優(yōu)越的熱工性能，與常規(guī)散熱器比較具有眾多優(yōu)點(diǎn)，如：表面溫度均勻，沒(méi)有氧化腐蝕，高層供熱系統(tǒng)容易解決低區(qū)超壓、集氣氣塞問(wèn)題，安裝方便，系統(tǒng)維護(hù)量少，節(jié)省熱媒循環(huán)動(dòng)力功耗。（2） 熱虹吸散熱器屬于“二次換熱”，總的傳熱熱阻比常規(guī)散熱器大，放熱能力不及常規(guī)散熱器。（3） 適當(dāng)?shù)臒岷缥べ|(zhì)飽和蒸汽壓范圍以及殘存不凝性氣體的影響是決定熱虹吸散熱器正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素。（4） 實(shí)驗(yàn)和分析表明，柱式熱虹吸散熱器的總散熱量中，輻射散熱量約占39±6%。（5） 尋找更適用的熱虹吸工質(zhì)，強(qiáng)化熱媒與熱虹吸工質(zhì)之間的換熱，以及研究有利于工質(zhì)蒸汽在散熱器內(nèi)部自由流動(dòng)和均勻分布的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)當(dāng)是進(jìn)一步完善熱虹吸散

11、熱器性能的主要研究方向，熱虹吸散熱器的性能穩(wěn)定性有待更長(zhǎng)期的工程實(shí)踐檢驗(yàn)。簡(jiǎn)單介紹：熱管超導(dǎo)散熱器是利用介質(zhì)相變散熱，高效快捷，省水節(jié)能，原是宇航科技成果，但用于民用供暖散熱器上，由于材質(zhì)及工藝上達(dá)不到要求，往往它很快失效，達(dá)不到長(zhǎng)期供暖使用目的。而有一些高素質(zhì)的科技人才，用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度來(lái)解決問(wèn)題，已取得顯著成果，有的已使用10年以上，因此熱管超導(dǎo)散熱的前景看好。十關(guān)于散熱器不熱問(wèn)題散熱器不熱，可能是下述原因之一：1.設(shè)計(jì)或安裝的散熱器片較少，總的散熱量不夠；2.熱媒水溫低，散熱量就小，我們常用的標(biāo)準(zhǔn)散熱量是指進(jìn)水溫度95,出水溫度70,室溫18下測(cè)定的,若進(jìn)水溫度70,出水溫度55,室溫18時(shí)其散熱量要低40%左右;3.有暖氣