热管技术原理及其在热流道模具中的应用

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1、热管技术原理及其在热流道模具中的应用摘要概述热管的结构及其传热机理，比较在热流道系统中运用热管技术与常用电阻加热器传热的优缺点；若将热管技术与热流道系统结合起来，能满足均温性的要求，易于控温，会极大的促进热流道技术的使用和推广。关键词热管技术；热流道；传热机理11.前言自上世纪40年代问世以来，热流道技术以其省料省时、高速自动和提高制品质量等显著优点倍受人们关注和青睐。但是热流道系统应用的关键是其加热温控技术，对主流道、分流道及热喷嘴头部的等温性要求特别严格，精度很高。热流道系统的理想温度是与由注射机注入的熔体温度一样，即熔体与热流道系统中没

2、有热交换的产生，热流道系统仅仅维持熔体的注射温度。然而，一般的热流道模具，由于浇口和热流道喷嘴离模腔较近，采取绝热措施后仍不能避免热量散失，从而使热流道板内浇注系统两端温差较大，难以维持温度均匀一致，给注射成型带来了不利影响。热管技术的开发研究迄今仅40多年，它是一种导热效果极好的超级导热元件，导热能力超过铜的数百倍甚至上千倍。它可以在微小的温差范围内反应，自动调节长度方向的温度分布迅速地传输热量，常被认为是等温元件。若将热管技术与热流道技术相结合，无疑可以使热流道系统的应用得到极大的推动。2.热管传热机理及常用加热元件缺点2.1热管的结构及

3、传热机理[1、2、3、4]热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用电动机公司（TheGeneralMotorsCorporation,Ohio,U.S.A）的R.S.Gaugler于1944年在美国专利（No.2350348）提出；1963年由美国LosAlamos科学实验室的G.M.Grover开发出热管[5]。热管是综合液体蒸发、冷凝和毛细管现象设计的，其基本结构原理如图1所示。主要由外壳、吸液芯和工作液组成。外壳多为密封的铜管、不锈钢管或加工的钢管；吸液芯多为极细的金属铜丝，密集的金属铜丝芯子中间形成细孔，起毛细管作用，犹如蜡烛燃烧时的烛芯一

4、样。工作液根据热管使用温度范围的不同，选用水、氨、甲醇、钠、萘、水银或其他物质（见图2）。热管沿长度方向可分为蒸发段、回流段和冷凝段。将具有毛细管结构的吸液芯装于管内壁，管内减压后充入适量的工作液并密封。由于液体在负压下装入，极易蒸发，管内的压力为液体所处温度下的饱和蒸汽压，并保持汽、液平衡。4通过毛细管作用，冷凝的工作液回流得到蒸发段。蒸发段受热，工作液沸腾，作为蒸发热输入。由于工作液负压下装入，极易沸腾。蒸汽冷凝，冷凝段放出冷凝热。蒸汽在压差作用下，从蒸发段流向冷凝段。蒸发段（输入热）冷凝段（输出热）液体回流段1——外壳；2——吸液芯；3

5、——工作液（蒸汽与液体）；4——回流的工作液图1热管的基本结构和工作原理图Fig.1theconfigurationandoperatingprincipleofheatpipes收稿日期：*通讯联络人：刘廷华教授电话：（028）85462143，E－mail：lth116@163.com4外壳材料能使用工作液的区域铜甲醇水不锈钢钢氨甲醇导热姆钠萘－1000100200300400500600温度（℃）图2材料组合及使用温度范围Fig.2thecombinationandoperatingtemperaturesofmaterials将热管的

6、一端（蒸发段）外部加热，浸入吸液芯的液体从管壁吸热后蒸发。被加热的蒸发段蒸汽压力升高，沿管长方向出现压力差，蒸汽就会流向压力和温度较低的另一端（冷凝段），放热后重新凝结为液体。由于在蒸发段的液体饱和度减少，依靠吸液芯的毛细管作用（即液体的表面张力，水在25℃时表面张力为72达因[6]），发生了液体自补偿，将冷凝的工作液抽吸或由重力回流到加热区又再次蒸发，因此在密闭的热管内形成蒸发－凝结－液体回流的自动循环系统。如此周而复始，连续不断地将热量由一端传到另一端，实现在热管长度方向的温度补偿，直到蒸发段和冷凝段的外部温度温差消除平衡为止。因此，装有

7、热管的加热体，温度可接近等温分布，其精确度可达±0.5K～±2K。同时，温度均匀化的过程十分迅速，热源温度的波动仅影响蒸发的强度而不改变其温度[7]。工作液蒸发时，靠蒸发潜热吸热，蒸汽冷凝时又放出相等的热量。例如工作液为水时，1kg水可输送539卡（100℃）的热量。热管之所以能以极小的温差，迅速大量地输送热量，正是利用了工作液相变时潜热的交换作用，内部热阻很小。标准的热管是铜管（容器）和水（工作液）的组合，管内的传热系数在蒸发段和冷凝段均为3000～5000kcal/m2•h•℃[6]。对于需要均温的热流道板或流道喷嘴，热管安装位置和方向应

8、使其蒸发段一端处于可能出现温度偏高的区域，而冷凝段处于温度偏低的区域，这样可以达到几乎是等温分布。2.2常用加热方法的不足目前的热流道注射模普遍采用直接电阻加热法，