部分：熱管及熱管換熱器課件

第一部分

熱管及熱管換熱器1第一部分

1熱管——簡(jiǎn)單講，以真空相變?cè)砉ぷ鞯囊环N極其高效的傳熱元件實(shí)驗(yàn)對(duì)比2熱管——簡(jiǎn)單講，以真空相變?cè)砉ぷ鞯囊环N極其高效的傳熱元件實(shí)熱管的研究背景

當(dāng)今傳熱工程面臨兩大問(wèn)題：研究高絕熱材料和高導(dǎo)熱材料。

具有良好導(dǎo)熱性的材料有鋁[(λ＝202W/m?℃)]、柴銅[λ＝385W/m?℃]、和銀：λ＝410W/m?℃)]，但其導(dǎo)熱系數(shù)只能達(dá)到102W/m?℃的數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)不能滿足某些工程中的快速散熱和傳熱需要，熱管的發(fā)明就解決了這一問(wèn)題。熱管的相當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)105W/m?℃的數(shù)量級(jí)．為一般金屬材料的數(shù)百倍乃至上千倍。它可將大量熱量通過(guò)很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。由于熱管具有導(dǎo)熱性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、溫度均勻等良好性能．

熱管是傳熱領(lǐng)域的重大發(fā)明和科技成果，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的實(shí)用價(jià)值。衛(wèi)星傳熱例子3熱管的研究背景31熱管技術(shù)回顧（發(fā)展史）1.1國(guó)際情況1944年，美國(guó)通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司，R.SGaugler首先提出熱管設(shè)想及概念。用于冷凍裝置專利。1963年，LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的G.M.Grover獨(dú)立發(fā)明類似傳熱元件，并付諸實(shí)踐，測(cè)試、64年發(fā)表論文正式命“HeatPipe”。證明了其“超導(dǎo)熱性”。實(shí)驗(yàn)為5200W不銹鋼——鈉有芯熱管。1965年，美Cotter首次提出較完整的熱管理論1967年，LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將一不銹鋼——水熱管放入人造衛(wèi)星，空間零重力傳熱試驗(yàn)成功。從此，各國(guó)科學(xué)家紛紛研究，熱管技術(shù)大發(fā)展。1969年，日本、前蘇聯(lián)發(fā)明不同種類熱管，如可變導(dǎo)熱管，旋轉(zhuǎn)熱管等。441970年，美國(guó)出現(xiàn)商品熱管?？臻g到地面，開始應(yīng)用。最著名：阿拉斯加輸油管線支撐，112000根氨熱管，9——23米，保證永凍土。1974年后，熱管換熱器應(yīng)用于節(jié)能及新能源開發(fā)，美、日領(lǐng)先。1980年，美Q-Dot公司熱管余熱鍋爐，日帝人公司鍋爐給水預(yù)熱器，然后回轉(zhuǎn)式、分離式等新結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，日趨大型化及工業(yè)化。1984年，Cotter微型熱管理論。出現(xiàn)毛細(xì)泵熱管、回路熱管等應(yīng)用航天及電子工業(yè)。長(zhǎng)距離撓性熱管等應(yīng)用特殊場(chǎng)合。1990年后熱管在理論、實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面長(zhǎng)足發(fā)展，尤其今天，節(jié)能減排中發(fā)揮巨大作用。1973年德國(guó)斯圖加特（Stuttgart)第一屆國(guó)際熱管會(huì)議，以后分別在不同國(guó)家舉行，現(xiàn)已召開十五次，其中兩次在中國(guó)舉行。51970年，美國(guó)出現(xiàn)商品熱管?？臻g到地面，開始應(yīng)用。最著名：2010年4月，第十五屆國(guó)際熱管會(huì)議(15thInternationalHeatPipeConference)在美國(guó)南卡羅來(lái)納州召開。本屆會(huì)議論文大會(huì)報(bào)告：1、環(huán)路熱管；2、芯結(jié)構(gòu)和工質(zhì)；3、環(huán)路熱管的建模；4、熱虹吸管；5、熱管的基礎(chǔ)和建模；6、空間熱管和技術(shù)；7、小型熱管；8、平板熱管和蒸汽腔；9、特殊熱管和技術(shù)；10、脈動(dòng)熱管；11、熱管的工業(yè)應(yīng)用。從論文來(lái)看，環(huán)路熱管、脈動(dòng)熱管和特殊熱管等仍然是當(dāng)今熱管研究的熱點(diǎn)，熱管的結(jié)構(gòu)和工質(zhì)改進(jìn)等仍是提高熱管性能和適用性的重要議題。62010年4月，第十五屆國(guó)際熱管會(huì)議(15thInterna1970年后，熱管性能研究?？臻g飛行器、高溫?zé)峁芗翱煽毓枭岱矫鎽?yīng)用研究。1976年12月7日，在衛(wèi)星上首次應(yīng)用熱管取得了成功；我國(guó)氣象衛(wèi)星也應(yīng)用了熱管，取得了預(yù)期的效果。1980年后，熱管研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)能及能源利用領(lǐng)域。相繼開發(fā)了氣氣式熱管換熱器、熱管余熱鍋爐、高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器、高溫?zé)峁軣犸L(fēng)爐等。從1987到1991年．我國(guó)先后在四川、福建、北京、浙江、河北等地8臺(tái)130t／h以上電站鍋爐上應(yīng)用了大型熱管換熱器，回收煙氣余熱加熱鍋爐鼓風(fēng)空氣。

1990年后，碳鋼——水兩相閉式熱虹吸管研究走在世界前列。熱管研究及應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，航天、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、食品等幾乎各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的開發(fā)研究發(fā)展迅速，學(xué)術(shù)交流活動(dòng)也十分活躍。

1983年哈爾濱第一屆全國(guó)熱管會(huì)議直到2010年深圳第十二屆全國(guó)熱管會(huì)議，推動(dòng)我國(guó)熱管事業(yè)發(fā)展。熱管騙子例子1.2中國(guó)情況71970年后，熱管性能研究?？臻g飛行器、高溫?zé)峁芗翱煽毓枭?983年開始研究，參加第一屆熱管會(huì)議，東北熱管協(xié)會(huì)理事單位。汽車熱管采暖裝置熱管式鍋爐節(jié)能消煙裝置硫酸工業(yè)熱管換熱器內(nèi)燃機(jī)排氣蒸發(fā)噴射節(jié)能裝置熱管式可控硅散熱器研究熱管熱風(fēng)爐平板及多槽道微熱管研究真空相變供熱裝置及系統(tǒng)熱管鍋爐及真空相變鍋爐異形分離式熱管研究1.3吉林大學(xué)（原吉林工大）研究進(jìn)展81983年開始研究，參加第一屆熱管會(huì)議，東北熱管協(xié)會(huì)理事單位2熱管工作原理

2.1熱管的組成（典型熱管）管殼、吸液芯、工質(zhì)圖2.1熱管示意圖1—管殼；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液

熱管：是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件，常用的熱管由三部分組成：主體為一根封閉的金屬管（管殼），內(nèi)部空腔內(nèi)有少量工作介質(zhì)（工作液）和毛細(xì)結(jié)構(gòu)（管芯），管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理：

⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低；

⑵同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多；

⑶多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)。從傳熱狀況看，熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段三部分。

92熱管工作原理2.1熱管的組成（典型熱管）管殼

熱管的管殼是受壓部件，要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的材料制造。在材料的選擇上必須考慮到熱管在長(zhǎng)期運(yùn)行中管殼無(wú)腐蝕，工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生氣體。管殼材料有多種，以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多，也可用貴重金屬鈮、鉭或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來(lái)，在熱端和冷端接受和放出熱量，并承受管內(nèi)外壓力不等時(shí)所產(chǎn)生的壓力差。

熱管的管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻，襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。如右圖所示為幾種不同的管芯的結(jié)果示意圖

熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)，合適的飽和壓力及沸點(diǎn)，較低的粘度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤(rùn)濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能對(duì)工作液作用并產(chǎn)生必須的毛細(xì)力。工作液還不能對(duì)毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用，否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。10熱管的管殼是受壓部件，要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的

2.2熱管的三個(gè)區(qū)段的劃分

*根據(jù)熱管外部熱交換情況分：加熱段、絕熱段、冷卻段*根據(jù)熱管內(nèi)部工質(zhì)傳熱傳質(zhì)情況分：蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段112.2熱管的三個(gè)區(qū)段的劃分112.3熱管的傳熱熱管在實(shí)現(xiàn)其熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，包含了六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò)程：①熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到液—汽分界面②液體在蒸發(fā)段內(nèi)的液—汽分界面上蒸發(fā)③蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段到冷凝段④蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽—液分界面上凝結(jié)⑤熱量從汽—液分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源⑥在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后工作液體回流到蒸發(fā)段

122.3熱管的傳熱12在上述過(guò)程中，存在11種傳熱熱阻，熱阻用R表示R1：熱源與熱管外表面的傳熱熱阻R2：蒸發(fā)段管壁徑向傳熱熱阻R3：蒸發(fā)段毛細(xì)芯徑向傳熱熱阻R4：汽—液交界面蒸發(fā)傳熱熱阻R5：蒸汽軸向流動(dòng)傳熱熱阻R6：汽—液交界面冷凝傳熱熱阻R7：冷凝段毛細(xì)芯徑向傳熱熱阻R8：冷凝段管壁徑向傳熱熱阻R9：管壁外表面與熱匯傳熱熱阻R10：管壁軸向傳熱熱阻R11：吸液芯軸向傳熱熱阻R10、R11與R1—R9相比很大，通?？醋鲾嗦?。總熱阻：R=R1+….+R9從熱源到熱匯的總溫降△T也是這9個(gè)溫降的總和，△T=△T1+…+△T9熱管的傳熱過(guò)程：總熱流量Q與總溫降△T、總熱阻R的關(guān)系為：Q=△T/R13在上述過(guò)程中，存在11種傳熱熱阻，熱阻用R表示13熱管內(nèi)質(zhì)量流、壓力和溫度分布熱管的工作特性熱管液汽分界面的形狀（a）管起動(dòng)前的液—汽交界面（b）熱管工作時(shí)的液—汽交界面（c）吸液芯內(nèi)液—汽界面參數(shù)

對(duì)于普通熱管，其液體和蒸汽循環(huán)的主要?jiǎng)恿κ敲?xì)材料和液體結(jié)合所產(chǎn)生的毛細(xì)力。假設(shè)熱管中沿蒸發(fā)段蒸發(fā)率是均勻的，沿冷凝段冷凝率也是均勻的，則其質(zhì)量流率、壓力分布、溫度分布及彎月面曲率的分布如右上圖所示。

在蒸發(fā)段內(nèi)，由于液體不斷蒸發(fā)，使汽液分界面縮回到管芯里，即向毛細(xì)孔一側(cè)下陷，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)的表面上形成彎月形凹面。而在冷凝段，蒸汽逐漸凝結(jié)的結(jié)果使液汽分界面高出吸液芯，故分界面基本上呈平面形狀，即界面的曲率半徑為無(wú)窮大(見(jiàn)右上圖上部及右下圖)。曲率半徑之差提供了使工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力(循環(huán)壓頭)，用以克服循環(huán)流動(dòng)中作用于工質(zhì)的重力、摩擦力以及動(dòng)量變化所引起的循環(huán)阻力。

14熱管內(nèi)質(zhì)量流、壓力和溫度分布熱管的工作特性熱管液汽分界面的形熱管工作過(guò)程動(dòng)畫注意：熱管中的水會(huì)因?yàn)閮?nèi)部低壓而在100℃以下就沸騰蒸發(fā)。水蒸汽流熱量輸入液態(tài)水蒸發(fā)液體由于重力或吸附力回流水蒸汽冷凝熱量散失15熱管工作過(guò)程動(dòng)畫注意：熱管中的水會(huì)因?yàn)閮?nèi)部低壓而在100熱管的傳熱極限

熱管雖然是一種傳熱性能極好的元件，但也不可能無(wú)限加大熱負(fù)荷，其傳熱能力的上限值會(huì)受到一種或幾種因素的限制，如毛細(xì)力、聲速、攜帶、冷凍啟動(dòng)、連續(xù)蒸氣、蒸氣壓力及冷凝等，因而構(gòu)成熱管的傳熱極限(或叫工作極限)。這些傳熱極限與熱管尺寸、形狀、工作介質(zhì)、吸液芯結(jié)構(gòu)、工作溫度等有關(guān)，限制熱管傳熱量的級(jí)限類型是由該熱管在某種溫度下各傳熱極限的最小值所決定的。具體來(lái)講，這些極限主要有（如圖所示）：

從圖中可以看出：當(dāng)工作溫度低時(shí)，最易出現(xiàn)粘性極限及聲速極限。而在高溫下則應(yīng)防止出現(xiàn)毛細(xì)極限及沸騰極限。故熱管的工作點(diǎn)必須選擇在包絡(luò)線的下方。

16熱管的傳熱極限熱管雖然是一種傳熱性能極好的元件，但也不

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熱管基本特性相變傳熱，熱阻小→極高的導(dǎo)熱性→換熱效率高，節(jié)能效果顯著汽液處于飽和狀態(tài)→優(yōu)良的等溫性→溫度展平蒸發(fā)段、冷凝段換熱面積可變→熱流密度的可變性→調(diào)節(jié)管壁溫度(避免露點(diǎn)腐蝕)熱流方向的可逆性單向?qū)帷鸁岫O管→(太陽(yáng)能、地土永凍)熱開關(guān)性能→控制熱管工作溫度范圍加熱量變化→熱阻改變→控制溫度→可控?zé)峁?可變導(dǎo)熱管)匯源分隔→環(huán)境適應(yīng)性好1734兩相閉式熱虹吸管——重力熱管、熱虹吸管與有芯熱管的區(qū)別在于冷凝液回流的機(jī)理不同熱虹吸管是依靠冷凝液自身重力回流有芯熱管是依靠毛細(xì)抽吸力使冷凝液回流①重力熱管的特點(diǎn)：

*不需要吸液芯，制作簡(jiǎn)單，成本低廉*減少了吸液芯本身產(chǎn)生的熱阻R3與R7，——具有良好的傳熱性能*一切由吸液芯引起的故障，均可避免，——工作可靠184兩相閉式熱虹吸管——重力熱管、熱虹吸管18②重力熱管應(yīng)用場(chǎng)合：只能應(yīng)用于重力場(chǎng)中，而不能用于空間（無(wú)重力場(chǎng)）；只能將熱管的下部作為加熱段，而上部作為冷凝段；主要用于傳熱，不能用于均溫；可以作為熱二極管。根據(jù)重力熱管具有的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)作為余熱回收用的熱管換熱器大多數(shù)采用這種形式的熱管。19②重力熱管應(yīng)用場(chǎng)合：195熱管分類按照熱管管內(nèi)工作溫度分：

低溫?zé)峁?-273～0℃)、常溫?zé)峁?0～250℃)、中溫?zé)峁?250～450℃)、高溫?zé)峁?450～1000℃)。按照工作液體回流動(dòng)力分：

有芯熱管、兩相閉式熱虹吸管(又稱重力熱管)、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管、電流體動(dòng)力熱管、磁流體動(dòng)力熱管、滲透熱管。按管殼與工作液體的組合方式分：

銅-水熱管、碳鋼-水熱管、鋁-丙酮熱管、碳鋼-萘熱管、不銹鋼-鈉熱管。按結(jié)構(gòu)形式分:

普通熱管、分離式熱管、毛細(xì)泵回路管、微型熱管、平板熱管、徑向熱管按熱管的功用分:傳輸熱量的熱管、熱二極管、熱開關(guān)、熱控制用熱管、仿真熱管、制冷熱管205熱管分類20

6熱管的相容性及壽命相容性指熱管在預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，管內(nèi)工作液體同殼體不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)或物理變化。影響熱管壽命及工作的重要因素之一產(chǎn)生不凝性氣體

由于工作液體與管殼材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體，在熱管工作時(shí)，該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來(lái)形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化。這種不相容的最典型例子就是碳鋼-水熱管，由于碳鋼中的鐵與水發(fā)生以下的化學(xué)反應(yīng)：Fe+2H2O====Fe(OH)2+H2↑3Fe+4H2OFe3O4+4H2↑Fe(OH)2Fe3O4+H2O+H2↑所產(chǎn)生的不凝性氫氣將使熱管性能惡化，傳熱能力降低甚至失效。只有長(zhǎng)期相容性良好的熱管，才能保證穩(wěn)定的傳熱性能，長(zhǎng)期的工作壽命及工業(yè)應(yīng)用的可能性。碳鋼-水熱管正是通過(guò)化學(xué)處理的方法，有效地解決了碳鋼與水的化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題，才使得碳鋼-水熱管這種高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的熱管得以在工業(yè)中大規(guī)模推廣使用。216熱管的相容性及壽命由于7總結(jié)熱管的重要特點(diǎn)*高導(dǎo)熱性——熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個(gè)數(shù)量級(jí)的熱量。當(dāng)然，高導(dǎo)熱性也是相對(duì)而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限。*良好的等溫性——熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的Clausuis-Clapeyron

方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。

227總結(jié)熱管的重要特點(diǎn)22*熱流密度可變性——熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。*熱流方向可逆性——一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動(dòng)力是毛細(xì)力，因此任意一端受熱就可做為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點(diǎn)可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)器及其他裝置。23*熱流密度可變性——熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積*熱二極管與熱開關(guān)性能——熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個(gè)方向流動(dòng)，而不允許向相反的方向流動(dòng)；熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱。*恒溫特性——（可控?zé)峁埽┢胀峁艿母鞑糠譄嶙杌旧喜浑S加熱量的變化而變，因此當(dāng)加熱量變化時(shí)，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但人們發(fā)展了另一種熱管—可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。24*熱二極管與熱開關(guān)性能——熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱*環(huán)境適應(yīng)性——熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的以適應(yīng)長(zhǎng)距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面（重力場(chǎng)），也可用于空間（無(wú)重力場(chǎng)）。25*環(huán)境適應(yīng)性——熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可8熱管的工程應(yīng)用8.1熱管換熱器熱管換熱器——由許多單根熱管組成的換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換熱效率高；壓力損失??；安全可靠；靈活調(diào)溫類型與結(jié)構(gòu)：按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為：氣—?dú)馐?、氣—汽式、氣—液式、液—液式、液—?dú)馐桨唇Y(jié)構(gòu)型式分：可分為整體式、分離式、回轉(zhuǎn)式和組合式268熱管的工程應(yīng)用8.1熱管換熱器26氣——?dú)馐綗峁軗Q熱器27氣——?dú)馐綗峁軗Q熱器2728282929

整體式熱管換熱器的特點(diǎn)：*高效傳熱——熱管的冷、熱側(cè)均可根據(jù)需要采用高頻焊翅片強(qiáng)化傳熱；*流動(dòng)阻力?。?體積小、重量輕（強(qiáng)化傳熱）;*能避免冷、熱流體的串流，每根熱管都是相對(duì)獨(dú)立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動(dòng)，并由中間密封板嚴(yán)密的將冷、熱流體隔開；*防止和降低露點(diǎn)腐蝕，通過(guò)調(diào)整熱管根數(shù)或調(diào)整熱管冷熱側(cè)的傳熱面積比，使熱管的管壁溫度盡量提高到露點(diǎn)溫度以上或在合適的區(qū)域；*有效的防止積灰，換熱器設(shè)計(jì)可采用變截面結(jié)構(gòu)，保證流體進(jìn)出口等流速流動(dòng)，達(dá)到自清灰的目的；*無(wú)任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件，沒(méi)有附加動(dòng)力消耗，不需要經(jīng)常更換元件，即使有部分元件損壞，也不影響正常生產(chǎn)；*單根熱管的損壞不影響其它的熱管，同時(shí)對(duì)整體換熱效果的影響也可忽略不記。30整體式熱管換熱器的特點(diǎn)：30加熱爐余熱回收某煉油廠加熱爐用的熱管空氣預(yù)熱器31加熱爐余熱回收某煉油廠加熱爐用的熱管空氣預(yù)熱器31某化工廠加熱爐熱管空氣預(yù)熱器某石化二聯(lián)合加熱爐熱管空預(yù)器32某化工廠加熱爐熱管空氣預(yù)熱器某石化二聯(lián)合加熱爐熱管空預(yù)器328.2航天上的應(yīng)用

“1979年，當(dāng)閔桂榮率領(lǐng)空間熱物理代表團(tuán)赴美參加美國(guó)宇航學(xué)會(huì)熱物理年會(huì)時(shí)，他的大會(huì)報(bào)告讓西方專家嚇了一跳。偌大的飯店里，因?yàn)橹袊?guó)代表團(tuán)所做報(bào)告產(chǎn)生轟動(dòng)效應(yīng)，其他兩個(gè)會(huì)議竟然暫停了下來(lái)。這是中國(guó)航天科技工作者首次在國(guó)際會(huì)議上進(jìn)行高水平的航天學(xué)術(shù)報(bào)告。與會(huì)的國(guó)外專家這才發(fā)現(xiàn)，先進(jìn)的熱管、百葉窗等熱控技術(shù)在中國(guó)衛(wèi)星上的應(yīng)用竟然比歐洲、日本早了十年?！薄浴吨袊?guó)航天報(bào)》

熱管適應(yīng)航天技術(shù)的發(fā)展的要求而發(fā)展的，所以熱管技術(shù)在航天領(lǐng)域得到了許多非常重要的應(yīng)用。由于航天領(lǐng)域中熱管運(yùn)行可靠性及其本身的各種性能都有嚴(yán)格的要求。這些要求也促進(jìn)了熱管技術(shù)的發(fā)展。下面是一個(gè)具體的應(yīng)用實(shí)例，從中就可以看出熱管技術(shù)在航天領(lǐng)域的重要位置。338.2航天上的應(yīng)用熱管要求：質(zhì)量小、高性能、高可靠、長(zhǎng)壽命和能耐受空間環(huán)境（微重力、發(fā)射時(shí)的力學(xué)環(huán)境、空間粒子輻射等）航天器常用的熱管：鋁合金軸向槽道熱管工質(zhì)：氨、丙酮、氮、氖34要求：質(zhì)量小、高性能、高可靠、長(zhǎng)壽命和能耐受空間環(huán)境（微重力8.3熱管低溫樁（形成永凍土）利用二極管特性：冬季——將地下熱量傳遞給地面上空氣（輻射及對(duì)流）夏季——截止工作美阿拉斯加輸油管線支撐1300公里，112000根鋼——氨重力熱管，熱管長(zhǎng)9——23米358.3熱管低溫樁（形成永凍土）利用二極管特性：美阿拉斯加3636熱管穩(wěn)定青藏鐵路凍土路基國(guó)家重大建設(shè)工程，也是世界上最著名的工程之一。青藏鐵路格爾木至拉薩段全長(zhǎng)1142公里，連續(xù)多年凍土區(qū)有547公里。凍土層冬季凍結(jié)夏季消融，建設(shè)于凍土之上的鐵路會(huì)扭曲變形導(dǎo)致災(zāi)難。利用熱管單向?qū)嵝?，形成永久的凍土層，解決青藏鐵路凍土變形最有效而經(jīng)濟(jì)的方法。37熱管穩(wěn)定青藏鐵路凍土路基378.4熱管太陽(yáng)能集熱器388.4熱管太陽(yáng)能集熱器3839398.5熱管應(yīng)用于電子領(lǐng)域

電子技術(shù)近年來(lái)迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，使得單位容積電子器件的發(fā)熱量快速提高，而電子器件正常工作必須在一定的溫度范圍之內(nèi)，電子器件的散熱成為了其發(fā)展的一個(gè)瓶頸，因此電子技術(shù)的發(fā)展需要有良好的散熱手段來(lái)保證。管式熱管散熱器示意圖1為冷凝段2為蒸發(fā)段

熱管問(wèn)世以來(lái)，使電力電子裝置的散熱系統(tǒng)有了新的發(fā)展。熱管使自冷的應(yīng)用范圍迅速擴(kuò)大。因?yàn)闊峁茏岳渖嵯到y(tǒng)無(wú)需風(fēng)扇、沒(méi)有噪音、免維修、安全可靠，熱管風(fēng)冷甚至自冷可以取代水冷系統(tǒng)，節(jié)約水資源和相關(guān)的輔助設(shè)備投資。此外，熱管散熱還能將發(fā)熱件集中，甚至密封，而將散熱部分移到外部或遠(yuǎn)處，能防塵、防潮、防爆，提高電器設(shè)備的安全可靠性和應(yīng)用范圍

近年來(lái)，大功率電子器件的冷卻上采用了熱管，收到較好效果。如上圖所示，對(duì)于大功率的晶體管采用圓柱形熱管作為散熱元件。在解決CPU溫度的問(wèn)題時(shí)，銅、純鋁制散熱器已經(jīng)成為最為普及的產(chǎn)品但其傳熱性能仍然遠(yuǎn)小于熱管散熱器。采用熱管技術(shù)的散熱器也越來(lái)越多，有些廠商甚至拿它作為賣點(diǎn)或者樹立品牌形象。408.5熱管應(yīng)用于電子領(lǐng)域電子技術(shù)近年來(lái)迅速熱管應(yīng)用于電子元器件散熱熱管散熱：強(qiáng)化傳熱、體積及緊湊、無(wú)噪音、高度可靠8.5.1筆記本電腦散熱41熱管應(yīng)用于電子元器件散熱熱管散熱：8.5.1筆記本電腦散8.5.2臺(tái)式電腦散熱428.5.2臺(tái)式電腦散熱428.5.3可控硅原件散熱438.5.3可控硅原件散熱43

熱管技術(shù)以其獨(dú)特的性能，在近年來(lái)的工程應(yīng)用中日益普及，在各方面都取得了良好的效果。

熱管的繼續(xù)發(fā)展向著更加高效、更普及、微型化、大規(guī)?；姆较蚯斑M(jìn)。熱管技術(shù)發(fā)展前景44熱管技術(shù)以其獨(dú)特的性能，在近年來(lái)的工程應(yīng)用中日益普個(gè)人觀點(diǎn)供參考，歡迎討論！個(gè)人觀點(diǎn)供參考，歡迎討論！第一部分

熱管及熱管換熱器46第一部分

1熱管——簡(jiǎn)單講，以真空相變?cè)砉ぷ鞯囊环N極其高效的傳熱元件實(shí)驗(yàn)對(duì)比47熱管——簡(jiǎn)單講，以真空相變?cè)砉ぷ鞯囊环N極其高效的傳熱元件實(shí)熱管的研究背景

當(dāng)今傳熱工程面臨兩大問(wèn)題：研究高絕熱材料和高導(dǎo)熱材料。

具有良好導(dǎo)熱性的材料有鋁[(λ＝202W/m?℃)]、柴銅[λ＝385W/m?℃]、和銀：λ＝410W/m?℃)]，但其導(dǎo)熱系數(shù)只能達(dá)到102W/m?℃的數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)不能滿足某些工程中的快速散熱和傳熱需要，熱管的發(fā)明就解決了這一問(wèn)題。熱管的相當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)105W/m?℃的數(shù)量級(jí)．為一般金屬材料的數(shù)百倍乃至上千倍。它可將大量熱量通過(guò)很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。由于熱管具有導(dǎo)熱性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、溫度均勻等良好性能．

熱管是傳熱領(lǐng)域的重大發(fā)明和科技成果，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的實(shí)用價(jià)值。衛(wèi)星傳熱例子48熱管的研究背景31熱管技術(shù)回顧（發(fā)展史）1.1國(guó)際情況1944年，美國(guó)通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司，R.SGaugler首先提出熱管設(shè)想及概念。用于冷凍裝置專利。1963年，LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的G.M.Grover獨(dú)立發(fā)明類似傳熱元件，并付諸實(shí)踐，測(cè)試、64年發(fā)表論文正式命“HeatPipe”。證明了其“超導(dǎo)熱性”。實(shí)驗(yàn)為5200W不銹鋼——鈉有芯熱管。1965年，美Cotter首次提出較完整的熱管理論1967年，LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室將一不銹鋼——水熱管放入人造衛(wèi)星，空間零重力傳熱試驗(yàn)成功。從此，各國(guó)科學(xué)家紛紛研究，熱管技術(shù)大發(fā)展。1969年，日本、前蘇聯(lián)發(fā)明不同種類熱管，如可變導(dǎo)熱管，旋轉(zhuǎn)熱管等。4941970年，美國(guó)出現(xiàn)商品熱管?？臻g到地面，開始應(yīng)用。最著名：阿拉斯加輸油管線支撐，112000根氨熱管，9——23米，保證永凍土。1974年后，熱管換熱器應(yīng)用于節(jié)能及新能源開發(fā)，美、日領(lǐng)先。1980年，美Q-Dot公司熱管余熱鍋爐，日帝人公司鍋爐給水預(yù)熱器，然后回轉(zhuǎn)式、分離式等新結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，日趨大型化及工業(yè)化。1984年，Cotter微型熱管理論。出現(xiàn)毛細(xì)泵熱管、回路熱管等應(yīng)用航天及電子工業(yè)。長(zhǎng)距離撓性熱管等應(yīng)用特殊場(chǎng)合。1990年后熱管在理論、實(shí)驗(yàn)、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等方面長(zhǎng)足發(fā)展，尤其今天，節(jié)能減排中發(fā)揮巨大作用。1973年德國(guó)斯圖加特（Stuttgart)第一屆國(guó)際熱管會(huì)議，以后分別在不同國(guó)家舉行，現(xiàn)已召開十五次，其中兩次在中國(guó)舉行。501970年，美國(guó)出現(xiàn)商品熱管。空間到地面，開始應(yīng)用。最著名：2010年4月，第十五屆國(guó)際熱管會(huì)議(15thInternationalHeatPipeConference)在美國(guó)南卡羅來(lái)納州召開。本屆會(huì)議論文大會(huì)報(bào)告：1、環(huán)路熱管；2、芯結(jié)構(gòu)和工質(zhì)；3、環(huán)路熱管的建模；4、熱虹吸管；5、熱管的基礎(chǔ)和建模；6、空間熱管和技術(shù)；7、小型熱管；8、平板熱管和蒸汽腔；9、特殊熱管和技術(shù)；10、脈動(dòng)熱管；11、熱管的工業(yè)應(yīng)用。從論文來(lái)看，環(huán)路熱管、脈動(dòng)熱管和特殊熱管等仍然是當(dāng)今熱管研究的熱點(diǎn)，熱管的結(jié)構(gòu)和工質(zhì)改進(jìn)等仍是提高熱管性能和適用性的重要議題。512010年4月，第十五屆國(guó)際熱管會(huì)議(15thInterna1970年后，熱管性能研究?？臻g飛行器、高溫?zé)峁芗翱煽毓枭岱矫鎽?yīng)用研究。1976年12月7日，在衛(wèi)星上首次應(yīng)用熱管取得了成功；我國(guó)氣象衛(wèi)星也應(yīng)用了熱管，取得了預(yù)期的效果。1980年后，熱管研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)能及能源利用領(lǐng)域。相繼開發(fā)了氣氣式熱管換熱器、熱管余熱鍋爐、高溫?zé)峁苷羝l(fā)生器、高溫?zé)峁軣犸L(fēng)爐等。從1987到1991年．我國(guó)先后在四川、福建、北京、浙江、河北等地8臺(tái)130t／h以上電站鍋爐上應(yīng)用了大型熱管換熱器，回收煙氣余熱加熱鍋爐鼓風(fēng)空氣。

1990年后，碳鋼——水兩相閉式熱虹吸管研究走在世界前列。熱管研究及應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，航天、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、食品等幾乎各個(gè)領(lǐng)域。我國(guó)的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的開發(fā)研究發(fā)展迅速，學(xué)術(shù)交流活動(dòng)也十分活躍。

1983年哈爾濱第一屆全國(guó)熱管會(huì)議直到2010年深圳第十二屆全國(guó)熱管會(huì)議，推動(dòng)我國(guó)熱管事業(yè)發(fā)展。熱管騙子例子1.2中國(guó)情況521970年后，熱管性能研究?？臻g飛行器、高溫?zé)峁芗翱煽毓枭?983年開始研究，參加第一屆熱管會(huì)議，東北熱管協(xié)會(huì)理事單位。汽車熱管采暖裝置熱管式鍋爐節(jié)能消煙裝置硫酸工業(yè)熱管換熱器內(nèi)燃機(jī)排氣蒸發(fā)噴射節(jié)能裝置熱管式可控硅散熱器研究熱管熱風(fēng)爐平板及多槽道微熱管研究真空相變供熱裝置及系統(tǒng)熱管鍋爐及真空相變鍋爐異形分離式熱管研究1.3吉林大學(xué)（原吉林工大）研究進(jìn)展531983年開始研究，參加第一屆熱管會(huì)議，東北熱管協(xié)會(huì)理事單位2熱管工作原理

2.1熱管的組成（典型熱管）管殼、吸液芯、工質(zhì)圖2.1熱管示意圖1—管殼；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液

熱管：是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件，常用的熱管由三部分組成：主體為一根封閉的金屬管（管殼），內(nèi)部空腔內(nèi)有少量工作介質(zhì)（工作液）和毛細(xì)結(jié)構(gòu)（管芯），管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理：

⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低；

⑵同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多；

⑶多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)。從傳熱狀況看，熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段三部分。

542熱管工作原理2.1熱管的組成（典型熱管）管殼

熱管的管殼是受壓部件，要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的材料制造。在材料的選擇上必須考慮到熱管在長(zhǎng)期運(yùn)行中管殼無(wú)腐蝕，工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生氣體。管殼材料有多種，以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多，也可用貴重金屬鈮、鉭或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來(lái)，在熱端和冷端接受和放出熱量，并承受管內(nèi)外壓力不等時(shí)所產(chǎn)生的壓力差。

熱管的管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻，襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。如右圖所示為幾種不同的管芯的結(jié)果示意圖

熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)，合適的飽和壓力及沸點(diǎn)，較低的粘度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤(rùn)濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能對(duì)工作液作用并產(chǎn)生必須的毛細(xì)力。工作液還不能對(duì)毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用，否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。55熱管的管殼是受壓部件，要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的

2.2熱管的三個(gè)區(qū)段的劃分

*根據(jù)熱管外部熱交換情況分：加熱段、絕熱段、冷卻段*根據(jù)熱管內(nèi)部工質(zhì)傳熱傳質(zhì)情況分：蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段562.2熱管的三個(gè)區(qū)段的劃分112.3熱管的傳熱熱管在實(shí)現(xiàn)其熱量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，包含了六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò)程：①熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到液—汽分界面②液體在蒸發(fā)段內(nèi)的液—汽分界面上蒸發(fā)③蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段到冷凝段④蒸汽在冷凝段內(nèi)的汽—液分界面上凝結(jié)⑤熱量從汽—液分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源⑥在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后工作液體回流到蒸發(fā)段

572.3熱管的傳熱12在上述過(guò)程中，存在11種傳熱熱阻，熱阻用R表示R1：熱源與熱管外表面的傳熱熱阻R2：蒸發(fā)段管壁徑向傳熱熱阻R3：蒸發(fā)段毛細(xì)芯徑向傳熱熱阻R4：汽—液交界面蒸發(fā)傳熱熱阻R5：蒸汽軸向流動(dòng)傳熱熱阻R6：汽—液交界面冷凝傳熱熱阻R7：冷凝段毛細(xì)芯徑向傳熱熱阻R8：冷凝段管壁徑向傳熱熱阻R9：管壁外表面與熱匯傳熱熱阻R10：管壁軸向傳熱熱阻R11：吸液芯軸向傳熱熱阻R10、R11與R1—R9相比很大，通常看作斷路。總熱阻：R=R1+….+R9從熱源到熱匯的總溫降△T也是這9個(gè)溫降的總和，△T=△T1+…+△T9熱管的傳熱過(guò)程：總熱流量Q與總溫降△T、總熱阻R的關(guān)系為：Q=△T/R58在上述過(guò)程中，存在11種傳熱熱阻，熱阻用R表示13熱管內(nèi)質(zhì)量流、壓力和溫度分布熱管的工作特性熱管液汽分界面的形狀（a）管起動(dòng)前的液—汽交界面（b）熱管工作時(shí)的液—汽交界面（c）吸液芯內(nèi)液—汽界面參數(shù)

對(duì)于普通熱管，其液體和蒸汽循環(huán)的主要?jiǎng)恿κ敲?xì)材料和液體結(jié)合所產(chǎn)生的毛細(xì)力。假設(shè)熱管中沿蒸發(fā)段蒸發(fā)率是均勻的，沿冷凝段冷凝率也是均勻的，則其質(zhì)量流率、壓力分布、溫度分布及彎月面曲率的分布如右上圖所示。

在蒸發(fā)段內(nèi)，由于液體不斷蒸發(fā)，使汽液分界面縮回到管芯里，即向毛細(xì)孔一側(cè)下陷，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)的表面上形成彎月形凹面。而在冷凝段，蒸汽逐漸凝結(jié)的結(jié)果使液汽分界面高出吸液芯，故分界面基本上呈平面形狀，即界面的曲率半徑為無(wú)窮大(見(jiàn)右上圖上部及右下圖)。曲率半徑之差提供了使工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力(循環(huán)壓頭)，用以克服循環(huán)流動(dòng)中作用于工質(zhì)的重力、摩擦力以及動(dòng)量變化所引起的循環(huán)阻力。

59熱管內(nèi)質(zhì)量流、壓力和溫度分布熱管的工作特性熱管液汽分界面的形熱管工作過(guò)程動(dòng)畫注意：熱管中的水會(huì)因?yàn)閮?nèi)部低壓而在100℃以下就沸騰蒸發(fā)。水蒸汽流熱量輸入液態(tài)水蒸發(fā)液體由于重力或吸附力回流水蒸汽冷凝熱量散失60熱管工作過(guò)程動(dòng)畫注意：熱管中的水會(huì)因?yàn)閮?nèi)部低壓而在100熱管的傳熱極限

熱管雖然是一種傳熱性能極好的元件，但也不可能無(wú)限加大熱負(fù)荷，其傳熱能力的上限值會(huì)受到一種或幾種因素的限制，如毛細(xì)力、聲速、攜帶、冷凍啟動(dòng)、連續(xù)蒸氣、蒸氣壓力及冷凝等，因而構(gòu)成熱管的傳熱極限(或叫工作極限)。這些傳熱極限與熱管尺寸、形狀、工作介質(zhì)、吸液芯結(jié)構(gòu)、工作溫度等有關(guān)，限制熱管傳熱量的級(jí)限類型是由該熱管在某種溫度下各傳熱極限的最小值所決定的。具體來(lái)講，這些極限主要有（如圖所示）：

從圖中可以看出：當(dāng)工作溫度低時(shí)，最易出現(xiàn)粘性極限及聲速極限。而在高溫下則應(yīng)防止出現(xiàn)毛細(xì)極限及沸騰極限。故熱管的工作點(diǎn)必須選擇在包絡(luò)線的下方。

61熱管的傳熱極限熱管雖然是一種傳熱性能極好的元件，但也不

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熱管基本特性相變傳熱，熱阻小→極高的導(dǎo)熱性→換熱效率高，節(jié)能效果顯著汽液處于飽和狀態(tài)→優(yōu)良的等溫性→溫度展平蒸發(fā)段、冷凝段換熱面積可變→熱流密度的可變性→調(diào)節(jié)管壁溫度(避免露點(diǎn)腐蝕)熱流方向的可逆性單向?qū)帷鸁岫O管→(太陽(yáng)能、地土永凍)熱開關(guān)性能→控制熱管工作溫度范圍加熱量變化→熱阻改變→控制溫度→可控?zé)峁?可變導(dǎo)熱管)匯源分隔→環(huán)境適應(yīng)性好6234兩相閉式熱虹吸管——重力熱管、熱虹吸管與有芯熱管的區(qū)別在于冷凝液回流的機(jī)理不同熱虹吸管是依靠冷凝液自身重力回流有芯熱管是依靠毛細(xì)抽吸力使冷凝液回流①重力熱管的特點(diǎn)：

*不需要吸液芯，制作簡(jiǎn)單，成本低廉*減少了吸液芯本身產(chǎn)生的熱阻R3與R7，——具有良好的傳熱性能*一切由吸液芯引起的故障，均可避免，——工作可靠634兩相閉式熱虹吸管——重力熱管、熱虹吸管18②重力熱管應(yīng)用場(chǎng)合：只能應(yīng)用于重力場(chǎng)中，而不能用于空間（無(wú)重力場(chǎng)）；只能將熱管的下部作為加熱段，而上部作為冷凝段；主要用于傳熱，不能用于均溫；可以作為熱二極管。根據(jù)重力熱管具有的特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)作為余熱回收用的熱管換熱器大多數(shù)采用這種形式的熱管。64②重力熱管應(yīng)用場(chǎng)合：195熱管分類按照熱管管內(nèi)工作溫度分：

低溫?zé)峁?-273～0℃)、常溫?zé)峁?0～250℃)、中溫?zé)峁?250～450℃)、高溫?zé)峁?450～1000℃)。按照工作液體回流動(dòng)力分：

有芯熱管、兩相閉式熱虹吸管(又稱重力熱管)、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管、電流體動(dòng)力熱管、磁流體動(dòng)力熱管、滲透熱管。按管殼與工作液體的組合方式分：

銅-水熱管、碳鋼-水熱管、鋁-丙酮熱管、碳鋼-萘熱管、不銹鋼-鈉熱管。按結(jié)構(gòu)形式分:

普通熱管、分離式熱管、毛細(xì)泵回路管、微型熱管、平板熱管、徑向熱管按熱管的功用分:傳輸熱量的熱管、熱二極管、熱開關(guān)、熱控制用熱管、仿真熱管、制冷熱管655熱管分類20

6熱管的相容性及壽命相容性指熱管在預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，管內(nèi)工作液體同殼體不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)或物理變化。影響熱管壽命及工作的重要因素之一產(chǎn)生不凝性氣體

由于工作液體與管殼材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體，在熱管工作時(shí)，該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來(lái)形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化。這種不相容的最典型例子就是碳鋼-水熱管，由于碳鋼中的鐵與水發(fā)生以下的化學(xué)反應(yīng)：Fe+2H2O====Fe(OH)2+H2↑3Fe+4H2OFe3O4+4H2↑Fe(OH)2Fe3O4+H2O+H2↑所產(chǎn)生的不凝性氫氣將使熱管性能惡化，傳熱能力降低甚至失效。只有長(zhǎng)期相容性良好的熱管，才能保證穩(wěn)定的傳熱性能，長(zhǎng)期的工作壽命及工業(yè)應(yīng)用的可能性。碳鋼-水熱管正是通過(guò)化學(xué)處理的方法，有效地解決了碳鋼與水的化學(xué)反應(yīng)問(wèn)題，才使得碳鋼-水熱管這種高性能、長(zhǎng)壽命、低成本的熱管得以在工業(yè)中大規(guī)模推廣使用。666熱管的相容性及壽命由于7總結(jié)熱管的重要特點(diǎn)*高導(dǎo)熱性——熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個(gè)數(shù)量級(jí)的熱量。當(dāng)然，高導(dǎo)熱性也是相對(duì)而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學(xué)第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限。*良好的等溫性——熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的Clausuis-Clapeyron

方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。

677總結(jié)熱管的重要特點(diǎn)22*熱流密度可變性——熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。*熱流方向可逆性——一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動(dòng)力是毛細(xì)力，因此任意一端受熱就可做為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點(diǎn)可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)器及其他裝置。68*熱流密度可變性——熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積*熱二極管與熱開關(guān)性能——熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱二極管就是只允許熱流向一個(gè)方向流動(dòng)，而不允許向相反的方向流動(dòng)；熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱。*恒溫特性——（可控?zé)峁埽┢胀峁艿母鞑糠譄嶙杌旧喜浑S加熱量的變化而變，因此當(dāng)加熱量變化時(shí)，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但人們發(fā)展了另一種熱管—可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。69*熱二極管與熱開關(guān)性能——熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)，所謂熱*環(huán)境適應(yīng)性——熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的以適應(yīng)長(zhǎng)距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面（重力場(chǎng)），也可用于空間（無(wú)重力場(chǎng)）。70*環(huán)境適應(yīng)性——熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可8熱管的工程應(yīng)用8.1熱管換熱器熱管換熱器——由許多單根熱管組成的換熱器特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換熱效率高；壓力損失小；安全可靠；靈活調(diào)溫類型與結(jié)構(gòu)：按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為：氣—?dú)馐?、氣—汽式、氣—液式、液—液式、液—?dú)馐桨唇Y(jié)構(gòu)型式分：可分為整體式、分離式、回轉(zhuǎn)式和組合式718熱管的工程應(yīng)用8.1熱管換熱器26氣——?dú)馐綗峁軗Q熱器72氣——?dú)馐綗峁軗Q熱器2773287429

整體式熱管換熱器的特點(diǎn)：*高效傳熱——熱管的冷、熱側(cè)均可根據(jù)需要采用高頻焊翅片強(qiáng)化傳熱；*流動(dòng)阻力?。?體積小、重量輕（強(qiáng)化傳熱）;*能避免冷、熱流體的串流，每根熱管都是相對(duì)獨(dú)立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動(dòng)，并由中間密封板嚴(yán)密的將冷、熱流體隔開；*防止和降低露點(diǎn)腐蝕，通過(guò)調(diào)整熱管根數(shù)或調(diào)整熱管冷熱側(cè)的傳熱面積比，使熱管的管壁溫度盡量提高到露點(diǎn)溫度以上或在合適的區(qū)域；*有效的防止積灰，換熱器設(shè)計(jì)可采用變截面結(jié)構(gòu)，保證流體進(jìn)出口等流速流動(dòng)，達(dá)到自清灰的目的；*無(wú)任何轉(zhuǎn)動(dòng)部件，沒(méi)有附加動(dòng)力消耗，不需要經(jīng)常更換元件，即使有部分元件損壞，也不影響正常生產(chǎn)；*單根熱管的損壞不影