熱管技術(shù)概述

1、第一章熱管技術(shù)概述1、發(fā)展現(xiàn)狀迄今為止，在眾多的傳熱元件中，熱管(heat pipe)是最有效的傳熱元件 之一，它可以將大量熱量通過很小的截面遠距離地傳輸而無須輔助動力。熱 管原理首先是由美國俄亥俄州通用發(fā)動機公司的R S Gauger與1944年在 美國專利(N0.2350348)中提出的；1963年GMGrover在美國應(yīng)用物理公 開發(fā)表了一篇命名為“Heat Pipe”的學(xué)術(shù)論文；在1965年Cotter首次提 出了比較完善的熱管理論，為以后的熱管理論研究奠定了基礎(chǔ)；1967年第一 根不銹鋼一一水熱管首次被送入衛(wèi)星軌道并運行成功；1969年前蘇聯(lián)與日本 開始將熱管表面通過物理辦法纏繞翅片

2、，并應(yīng)用到控制恒溫技術(shù)領(lǐng)域；1970 年在美國已經(jīng)開始出來商用熱管，例如；橫穿阿拉斯加輸油管線永凍層就是 用熱管技術(shù)支撐的；1974年后，熱管開始用于節(jié)約能源與新能源開發(fā)利用領(lǐng) 域。我國是70年代開展熱管熱管熱性能研究以及熱管在電子器件冷卻和空 間飛行器方面的應(yīng)用研究。80年代初我國的熱管研究及開發(fā)的重點轉(zhuǎn)向節(jié)能 及能源的合理利用，相繼開發(fā)了熱管氣氣換熱器、熱管余熱鍋爐、熱管蒸發(fā) 器、熱管熱風(fēng)爐、熱管省煤器等節(jié)能熱回收設(shè)備。2、熱管用語熱管：以毛吸結(jié)構(gòu)的抽吸作用來驅(qū)動工作介質(zhì)完循環(huán)流動的蒸發(fā)、凝結(jié)傳熱 元件。無機高效熱管：無機傳熱元件是以多種無機元素為傳熱載體，注入到各類金 屬(或非金屬)管狀

3、、夾板空腔內(nèi)，經(jīng)抽真空密封處理后，形成具有高效熱傳導(dǎo) 特性的元件。管芯：管芯是指無機傳熱元件中為液態(tài)工質(zhì)提供毛細抽吸力及流動通道的 結(jié)構(gòu)。管殼：管殼是指包容了管芯和工質(zhì)的熱管殼體。有效長度：有效長度是指計算熱管傳熱能力的折合后的長度。工作溫度范圍：工作溫度范圍是指由工質(zhì)、管殼和管芯材料及管芯結(jié)構(gòu)的性 能和安全運行要求決定的無機傳熱元件工作溫度區(qū)域。無機介質(zhì)：介質(zhì)是指無機傳熱元件管殼空腔內(nèi)部用于傳遞熱量的多種無機元 素為主的液態(tài)混合流體。工作狀態(tài)：能連續(xù)維持熱管吸熱、導(dǎo)熱、散熱過程并維持溫度均勻的狀態(tài)。最大傳熱量：熱管在穩(wěn)定工作狀態(tài)下所能傳遞的最大熱流量。最大傳熱能力：熱管有效長度與最大傳熱量的

4、乘積。軸向熱流密度：通過垂直于熱管殼軸線的內(nèi)截面單位面積的熱流量。徑向熱流密度：通過熱管內(nèi)表面單位面積的沿徑向的熱流量。3、熱管特性熱管是依靠自身內(nèi)部工作介質(zhì)特性來實現(xiàn)傳熱的傳熱元件，一般具有如下特性：（1）很高的導(dǎo)熱性 由于真空度、熱管介質(zhì)特性的存在，熱管內(nèi)部的熱阻RV 非常之小，Rv無限趨近于0，所以有些地方夸張地稱它為“超導(dǎo)”。山東博源熱 能科技有限公司制造的熱管，其當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)比目前金屬銀的導(dǎo)熱系數(shù)還要高上 千個數(shù)量級，數(shù)值上超過音速。當(dāng)然，高效導(dǎo)熱也是相對而言，這個速度已經(jīng)被 社會所認可，能夠滿足日前的生產(chǎn)生活需要。（2）優(yōu)良的等溫特性 熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，分子的無規(guī)則運動

5、， 使得熱管的受熱段與散熱段的溫度一致，甚至偶爾出現(xiàn)散熱段溫度比受熱段溫度 高的現(xiàn)象。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是特殊，不具有什么利用價值，但等溫特性在實際工程 應(yīng)用價值就很廣泛了。（3）熱流密度可變性熱管可以獨立改變受熱段或冷卻段的面積，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，或者增大熱管受熱面積輸入 量而減小吸熱面積的輸出熱量，就可以改變一些傳統(tǒng)方法難以解決的傳熱模式。 得到一個我們需要得到的換熱熱流密度。（4）適應(yīng)性廣泛 熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可以作成 電機軸、燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，可以用在地面，也可以用在無重力廠的宇宙空間。第二章熱管技術(shù)應(yīng)用由于熱管

6、技術(shù)日趨完善，并被人類所認可，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于諸多行業(yè)， 主要表現(xiàn)在如下領(lǐng)域。1、宇航工程：電子艙冷卻散熱，飛船表面的均溫，生命保障系統(tǒng)的建立等；2、IT產(chǎn)業(yè)、電力、電子設(shè)備：CPU,電子器件的散熱和均溫等；3、新能源的開發(fā)和利用：太陽能，地?zé)?，凍土工程等?、余熱的回收和利用：鍋爐、工業(yè)爐余熱回收，各種場合的煙氣余熱回收；5、其它需要散熱或均溫的場合。山東博源熱能科技有限公司目前的熱管利用主要是余熱回收和利用領(lǐng)域 的傳熱元件，主要論述一些關(guān)于熱交換的設(shè)備知識：熱管換熱器屬于熱流體與冷流體互不接觸的表面式換熱器。其只要特點是: 結(jié)構(gòu)簡單，換熱效率高，傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量

7、少于 其他類型的換熱器；換熱流體通過換熱器時的壓力損失比其他換熱器小，消耗 輔助動力小。同時，由于冷、熱流體是通過熱管換熱器不同部位換熱的，而熱 管傳熱元件又是相互獨立的，因此，即便有少數(shù)熱管穿孔失效，冷、熱流體也 不會混融而造成損失。由于冷、熱側(cè)換熱面積的比例關(guān)系是對應(yīng)的，不會使換 熱系統(tǒng)失衡，從而有效避免腐蝕性氣體的露點腐蝕。正由于熱管換熱器的諸多優(yōu)點，已經(jīng)越發(fā)受到人們的重視，其用途亦日趨 廣泛。種類繁多，可從下述不同的角度進行分類：按冷源，熱源的換熱機理分類：對流-對流型氣-氣型熱管換熱器氣-液型熱管換熱器氣-汽型熱管換熱器d液液型熱管換熱器輻射-對流型太陽輻射-水（汽）型熱管換熱器高溫

8、固體-水（汽）型熱管換熱器 導(dǎo)熱-對流型移動床式熱管換熱器凍土蓄冷式熱管換熱器按溫度范圍及相應(yīng)介質(zhì)分類高溫?zé)峁軗Q熱器：汞熱管換熱器、鈉熱管換熱器等。中溫?zé)峁軗Q熱器：萘熱管換熱器、水熱管換熱器等。中低溫?zé)峁軗Q熱器：丙酮熱管換熱器、甲醇熱管換熱器等。低溫?zé)峁軗Q熱器：氨熱管換熱器、致冷劑熱管換熱器等。按用途進行分類a、熱管空氣預(yù)熱器；b、熱管省煤器；熱管熱水器；c、熱管余熱鍋爐；熱管蒸汽發(fā)生器；d、熱管式太陽能集熱器；e、熱管式蒸汽冷凝器等。2、無機高效熱管的特點：無機高效熱管是指采用多種無機元素的混合物作為主要導(dǎo)熱介質(zhì)注入到各類 金屬（或非金屬）管狀、板狀腔體內(nèi)，經(jīng)密封成型后，形成具有高速傳熱性能

9、的一種 新型熱傳導(dǎo)技術(shù)。目前該技術(shù)已經(jīng)獲得美國（US6132823）、歐共體等27個國家 的專利授權(quán)。1、啟動迅速、傳熱速度快：自元件一端加熱，數(shù)秒鐘就可將熱量傳遞到另一 端。2、熱阻小、均溫性好：無機高效熱管主要是通過腔體內(nèi)部的無機介質(zhì)來實現(xiàn) 傳熱過程，傳熱能力遠高于金屬材料，沿?zé)o機高效熱管軸向溫差趨于零， 從而使無機高效熱管的表面溫度趨于一致。3、導(dǎo)熱系數(shù)高：當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)為14MW/m.C，是純銀的3.2萬倍。4、傳熱能力大：軸向熱流密度27.2MW /皿，徑向熱流密度158kW /皿5、適用溫度范圍廣：介質(zhì)適用溫度范BF301100C,具備批量生產(chǎn)的元件壁溫范圍-30350C。6、工作壓

10、力低：工作時無機高效熱管內(nèi)腔壓力低，不會發(fā)生高溫爆管。7、相容性好：無機高效熱管介質(zhì)自身能夠有效抑制氫、氧的產(chǎn)生，與常用金 屬材料不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。8、使用壽命長：無機高效熱管介質(zhì)自身消降速率持續(xù)1萬小時，可使無機高 效熱管長期穩(wěn)定運行。經(jīng)大量實踐證明，無機高效熱管介質(zhì)與多種金屬如 銅、鋁、碳鋼和不銹鋼及非金屬具有良好的相容性，不產(chǎn)生不凝性氣體， 使用壽命長3、熱管聯(lián)集管集熱器具有以下特點：防腐耐用：外殼采用鍍鋅板，表面噴塑，外形美觀，防腐耐用；使用壽命長。 省電節(jié)能：太陽能作為主要能源，電能作為輔助能源，省電節(jié)能。使用便捷：工程系統(tǒng)采用大型工程控制柜全自動控制。用戶使用時只需輕輕一擰 開關(guān)，自有熱水流出。高效集熱：真空玻璃集熱管選用世界著名全玻璃真空集熱管專業(yè)廠家生產(chǎn)具有很 高的抗沖擊性和耐高寒、抗高溫和高吸收率的特點。真空管不伸入內(nèi)膽，增加了 采光面積，大集熱面積帶來更大的得熱量，而且內(nèi)腔較小，能夠使水溫快速升高。 耐高溫：本集熱器能夠承受高溫（300C以上）