热管及应用.知识讲解.ppt

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1、热管及应用.热管？热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管工作原理热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量。具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热流方向酌可逆性、可远距离传热、恒温特性(可控热管)等一系列优点。热管的基本工作典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成

2、，将管内抽成1·3×（10-1－10-4）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纫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，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。热管的基本工作热管的基本工作热管在实现热量转移的过程中，包含了六个相互关联的主要过程：（1）热量从热源通过热管管壁和充满工作液体

3、的吸液芯传递到（液-汽）分界面；（2）液体在蒸发段内的（液-汽）分界面上蒸发；（3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；（4）蒸汽在冷凝段内的汽·液分界面上凝结：（5）热量从（汽-液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源：（6）在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。热管的基本特性（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。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，不可能违反热力学第二定律

4、，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向并无太大的改善（径向热管除外）。热管的基本特性（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却段的加热面积，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，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密

5、度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。热管的基本特性（4）热流方向酌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他装置。（5）热二极管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。热管的基本特性（6）恒温特

6、性（可控热管）普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管——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。热管的基本特性（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，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面（重

7、力场），也可用于空间（无重力场）。热管的分类按照热管管内工作温度划分：热管可分为低温热管（-273－0℃）、常温热管（0—250℃）、中温热管（250－450℃）、高温热管（450一1000℃）等。热管的分类按照工作液体回流动力划分：热管可分为有芯热管、两相闭式热虹吸管（又称重力热管）、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。热管的分类按照结构形式划分：可分为普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等。热管的分类按照热管的功用划分：可分为传输热量的热管、热二极

8、管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。热管的相容性热管的相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。相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性。碳钢－水热管正是通过化学处理的方法，有效地解决了碳钢