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1、热管基础知识讲义一. 热管结构1. 密闭容器 不同的工作流体须选择兼容的壳体材料与之配合2. 毛细结构 包括铜网、纤维、沟槽、烧结3. 作动流体 包括水、甲醇、氨等二. 热管工作原理热管的基本工作原理如图所示,典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3(10-110-4)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细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,液体沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已
2、,热量由热管的一端传至另一端。三. 热管基本特征热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热组件,具有以下基本特征: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。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Clausuis-Clapeyron方程式可知,温降亦很小,因而热管具有优良的等温性。3. 热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段或冷凝段的加热面积,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,反之亦然。这样可以改变热流密度,解决一些其它
3、方法难以解决的传热问题。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它装置。5. 热二极与热开关性能 热管可做成热二极管或热开关。所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动,而不允许向相反的方向流动;热开关则是当热源温度高于某一温度时,热管开始工作,当热源温度低于这一温度时,热管就不传热。6. 恒温特性(可控热管) 普通热管的各部份热阻基本上不随加热量的变化而变,但可变导热管使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量
4、的减少而增加,这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下,蒸汽温度变化极小,实现温度的控制,这就是热管的恒温特性。7. 环境的适应性 热管的形状可随热源和冷源的条件而变化。四. 热管分类种 类工作介质工作温度/兼容壳体材料低温热管氨氟里昂-21(CHCI2F)氟里昂-11(CCI3F)氟里昂-113(CCI2FCCIF2)-60100-40100-40120-10100铝、不锈钢、低碳钢铝、铁铝、不锈钢、铜铝、铜常温热管已烷丙酮乙醇甲醇甲苯水01000120013010130029030250黄铜、不锈钢铝、铜、不锈钢铜、不锈钢铜、不锈钢、碳钢不锈钢、低碳钢、低合金钢铜碳钢(内壁经化学处理)中温热
5、管萘联苯导热姆-A导热姆-E汞147350147300150395147300250650铝、不锈钢、碳钢不锈钢、碳钢铜、不锈钢、碳钢不锈钢、碳钢、镍奥氏体不锈钢高温热管钾铯钠锂银4001000400110050012001000180018002300不锈钢钛、铌不锈钢、因康镍合金钨、钽、钼、铌钨、钽五. 热管兼容性及寿命1. 热管的兼容性是指热管在预期的设计寿命内,管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化,或有变化但不足以影响热管的工作性能。2. 造成热管不兼容的主要形式有以下三方面:(1) 产生不凝性气体 在热管工作时,该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞,从而使有效冷凝面积减少,热阻增大,传热性能恶化。典型例子为碳钢-水热管。(2) 工作液体热物性恶化 如甲苯、烷、烃类等有机工作液体。(3) 管壳材料的腐蚀、溶解 这类现象常发生在碱金属高温热管中。4
