淺議熱管技術及其在熱能工程中的應用

摘 要：熱管技術現(xiàn)在運用的越來越頻繁，本文對熱管的基本組成，熱管的工作原理，以及熱管的分類和熱管在應用的過程中，所要解決的技術關鍵做了詳細的分析，并且對熱管技術在熱能工程的應用進行了分析和研究，給以后的熱管研究提供了參考。

關鍵詞： 熱管技術；工作原理 ；熱能工程 ；應用

隨著科學技術的發(fā)展越來越快，熱能工程的發(fā)展也是與日俱進，熱管技術也投入到了應用。熱管的導熱系數(shù)非常高，是鋁、銀等金屬的上千倍。如果使用熱管技術，熱管的截面非常的小，并且不需要加入任何的動力就可以讓巨大的熱能，進行傳輸。因此，熱管在熱能工程的應用越來越廣泛。

1.熱管的組成和原理

1.1.熱管的組成

典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成，將管內抽成1.3×（10負1---10負4）Pa的負壓后充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據(jù)應用需要在兩段中間可布置絕熱段。當熱管的一端受熱時毛紉芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不己，熱量由熱管的一端傳至另—端。熱管在實現(xiàn)這一熱量轉移的過程中，包含了以下六個相互關聯(lián)的主要過程：

1.1.1.熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到（液---汽）分界面；

1.1.2.液體在蒸發(fā)段內的（液--汽）分界面上蒸發(fā)；

1.1.3.蒸汽腔內的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；

1.1.4.蒸汽在冷凝段內的汽.液分界面上凝結：

1.1.5.熱量從（汽--液）分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源：

1.1.6.在吸液芯內由于毛細作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。

1.2.熱管的原理

在加熱熱管的蒸發(fā)段，管芯內的工作液體受熱蒸發(fā)，并帶走熱量，該熱量為工作液體的蒸發(fā)潛熱，蒸汽從中心通道流向熱管的冷凝段，凝結成液體，同時放出潛熱，在毛細力的作用下，液體回流到蒸發(fā)段。這樣，就完成了一個閉合循環(huán)，從而將大量的熱量從加熱段傳到散熱段。

當加熱段在下，冷卻段在上，熱管呈豎直放置時，工作液體的回流靠重力足可滿足，無須毛細結構的管芯，這種不具有多孔體管芯的熱管被稱為熱虹吸管。熱虹吸管結構簡單，工程上廣泛應用。

2.熱管應用的技術關鍵

2.1.很高的導熱性

熱管內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數(shù)量級的熱量。

2.2.優(yōu)良的等溫性

熱管內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)段流向冷凝段所產生的壓降很小，根據(jù)熱力學中的方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。

2.3.熱流密度可變性

熱管可以獨立改變蒸發(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。

2.4.熱流方向的可逆性

一根水平放置的有芯熱管，由于其內部循環(huán)動力是毛細力，因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點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反應器及其他裝置。

2.5.環(huán)境的適應性

熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉軸、燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術刀等等，熱管也可做成分離式的，以適應長距離或沖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），也可用于空間（無重力場）。

3.熱管技術在熱能工程中的應用

3.1.煉焦爐余熱回收工程中的應用 一般的情況下，從煉焦爐被釋放出來的煙氣，溫度會非常的高，不進行回收利用，就會造成非常大的浪費。如果把熱管技術運用到煉焦爐，并且安裝到煙囪 內，這些大量的余熱就可以回收利用。第一個步驟，在熱管內，工作介質對于煙囪內的熱量進行有效的吸收，并且蒸發(fā)成氣體，這些氣體會傳送到凝結段，進行熱量的釋放后，開始凝結，當能量完全的釋放之后，繼續(xù)變成液態(tài)的介質，再一次的流回蒸發(fā)段，繼續(xù)的循環(huán)。通過凝結段的使用，得到的熱量，應該進行加熱，除去鹽水，因為熱管傳送的熱量類型非常多。所以汽和誰的混合物就會大量的產生，并且沿著上升管在集箱的內部匯進行合，并且在最后都進入汽包實現(xiàn)分離。

3.2.熱管用于傳送和儲存能量 用熱管傳送熱量是利用汽化潛熱或化學反應將熱量從高溫流體傳向低溫流體，這時熱管相當于傳送管道，但功能和功率都比一般傳送管道多，而且不需要傳送泵等設備?熱管用于儲存能量，并不是利用熱管本身，因熱管本身的儲熱能力很小，而是用熱管結構簡單的特點和容易設置蓄熱材料，如可在熱管外面設置蓄熱材料，其工作原理為當高溫熱源充足時，蓄熱材料儲存一部分熱量，而當高溫熱源不充足或間斷時，蓄熱材料將儲存的熱量通過熱管傳送給低溫物體?

3.3.熱管用于控制設備的溫度

利用熱管的控制性能進行控溫的方式，具有結構簡單?體積小?性能良好和工作可靠等優(yōu)點?它的工作原理是利用變導熱管的可調節(jié)性能，由于變導熱管中的惰性氣體隨溫度的膨脹而改變凝結段換熱面積，因而可控制熱管內溫度，從而也就控制了加熱段的溫度?這項技術被廣泛應用于衛(wèi)星?宇宙飛船等設備上，它能使衛(wèi)星?宇宙飛船各部件之間，甚至整個衛(wèi)星結構等溫化?

結論

隨著傳統(tǒng)能源變得越來越少，把熱管技術成功的使用在熱能工程，不僅僅可以完成熱能的合理流動，同時還可以減少大量的能量損失，有效的實現(xiàn)節(jié)約資源和能源的目標。 總之，熱管技術已深入人們生活的各個領域，從軍工到民用，從空間到地面，處處可以見到它的應用，并且不同功能的熱管也日趨向縱深方向發(fā)展?

參考文獻：

[1]郭振賢，劉仁濤.熱管換熱器應用現(xiàn)狀及其制約因素.應用能源技術，2002，（04）：32-35.

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