關于熱管技術在熱能工程中的應用

摘要：熱管的應用越來越廣泛，熱管技術也受到越來越多的人們重視熱管技術發展到現在，在熱能工程中取得了很大的成效并與熱能工程技術相互促使彼此不斷發展本文將對熱管技術的基礎知識及其在熱能工程中的應用作出介紹，以望能對熱管技術及熱能工程的研究者有所幫助。

關鍵詞：熱管技術；熱能工程；應用

1熱管簡析

1.1熱管的基本結構

熱管有三個主要組成部分管殼、吸液管（管芯）、與工作液體管殼一半采用不銹鋼、銅、碳鋼等金屬材料作為主要材料熱管是一種封閉式結構，能夠承受極大壓力吸液管緊貼管壁，通常由孔多毛細的結構材料構成工作液體存在于熱管的內部空腔，是工作狀態卜傳遞熱量的介質工作液體一般有甲醇、丙醇、水、氨等，不包括管內可能存在的空氣或者其他雜物工作液體在工作時處于液體與氣體兩種狀態，一般在熱管處于真空狀態時被填充進去。

1.2熱管的工作原理

根據熱管的狀況可分為三個工作段：蒸發、冷凝、絕熱在工作時外部的熱量致使蒸發段和內部的液體溫度升高繼而蒸發，此時蒸發段的氣壓會迅速升高，當氣壓升高到飽和蒸發壓時熱量將會通過潛熱的形式傳遞給蒸汽在這個工作過程中，由于蒸發段的飽和蒸汽壓不斷的升高，導致冷凝段的氣壓遠低于蒸汽段的氣壓，這時蒸汽就會從蒸汽通道流向冷凝段，繼而在冷凝段發生冷凝放出潛熱放出的潛熱會通過吸液管與熱管管壁將熱量傳遞至管外，如此一來就完成了無外力作用的熱傳統過程液體釋放完熱量后將會沿吸液管回流，最終返回到蒸發段，再繼續進行卜一次的熱傳遞在這個過程不斷反復卜熱量將不斷的從蒸發段傳遞至冷凝段在這個過程中，絕熱段將起到三點作用：為流動液體提供通道；將冷凝段與蒸發段完全區隔開；確保熱管熱量失散到外界絕熱段的這三點作用有效地保證了熱量的傳遞。

1.3熱管技術的特點

熱管技術與常規換熱技術相比具有以卜特點：

1.3.1傳熱效率高

熱管式熱轉換器的傳熱單元，導熱性強熱管與銅、鋁、銀等金屬相比，同重量狀態卜能夠多傳遞幾個數量級的熱量并且熱管換熱器的效率一般都在80%以上，能夠有效利用形式多樣、數量巨大的地熱能、太陽能、工業廢熱等進行能源的回收。

1.3.2管壁溫度可調

熱管的管壁溫度可以調節，而該特點在熱交換與低溫余熱的回收中起到了相當重要的作用正因為該特點，熱管可通過熱流變化將熱管管壁的溫度保持在低溫度流體的漏點以上，從而保證設備的長期運行。

1.3.3安全性

熱管換熱器幾乎沒機械障礙，是二次問壁換熱，在實際工作中，熱管一般不會蒸發段與冷凝段同時受損，所以設備的運行有可靠的保障。

除了這三點，熱管技術還有適應期強、阻力小等特點，這些特點衍生了特殊的熱管技術關鍵，將熱管技術大范圍的應用變為了現實。

2熱管的應用技術關鍵

上文中我們對熱管及熱管技術的特點做出了一個簡單介紹，正因為熱管技術擁有這些特點，才會產生以卜幾種應用技術關鍵，也直接促使熱管技術的廣泛應用。

2.1 均溫技術

可變導熱管可實現變工情況下冷熱源的恒溫.例如，當熱源溫度或者熱負荷發生了較大變化時，熱匯或冷凝段溫度保持不變.又或者能夠實現熱管或熱源溫度不因熱匯或熱負荷溫度變化而變化. 均溫技術主要是利用了熱管的等溫性，將各處的溫度不相等的溫度場變為各處溫度均恒的等溫場.

2.2 匯源分隔技術

該技術主要是利用熱管將冷源與熱源進行分隔，從而達到熱交換的目的.分隔距離的長短則可根據實際采用的熱管性能與現場需求來決定，長能夠達百米而短則短至幾十厘米，該技術在連續生產中能起到很大效果.

2.3 交變熱流密度

該技術主要指能夠通過熱管實現小面積輸入熱量而大面積輸出熱量與大面積輸入熱量而小面積輸出熱量.該技術能夠有效實現單位冷卻傳熱面積與單位加熱傳熱面積間熱流量的變換。

2.4 熱控制技術

熱控制技術主要是利用可變導熱管，可變導熱管的熱阻能夠發生變化的特點，在工程中可利用這種應用實現傳熱控制，如此一來就可進行溫度控制.在工程中，該技術一般是應用在冷源與熱源的溫度控制上.

2.5 旋流傳熱技術

旋流傳熱指的是利用運動所產生的離心力幫助熱管內工作液體自冷凝段回流至蒸發段，也指通過工作液體的位差而實現回流.在實際應用中，該技術通常并應用在電機軸或者高速轉頭之類高速回轉軸件的工程項目上.

2.6 單向導熱技術單

向導熱技術指的是利用熱管理論，實現熱管的單向導熱.在該技術狀況下，熱管就成為了進行單向導熱的零件.在現實中，該技術一般被應用于凍土永凍或者太陽能工程項目上.

2.7 微型熱管技術

微型熱管與普通熱管有所不同，微型熱管的的毛細力由蒸汽通道旁的液縫彎月面提供，而不像普通熱管一樣由吸液芯產生.該技術多用于電腦 CPU 散熱2半導體芯片或集成電路等項目.

3熱管技術的實際應用

.3.1 煉焦爐余熱回收工程

煉焦爐排放出的煙氣一般情況下溫度都比較高，如果直接排除而不加以回收利用將造成很大的浪費.此時，如果在煉焦爐的煙筒中安裝熱管，就可實現余熱的吸收利用.其工作原理流程為：首先熱管內的介質吸收煙氣的熱量，吸收了熱量后介質將蒸發成氣體，下一步氣體經由絕熱段進入到冷凝段，在冷凝段內介質釋放出熱量后回復原狀態而后進行回流，下一個循環繼續進行.而在冷凝段釋放出的熱量可用于加熱除鹽水. 煉焦爐中的熱管能夠傳遞相當大的熱量，因此除鹽水可以被加熱至產生大量汽水混合物，該混合物能夠在上升管集箱混合，進而進入到氣泡并在其中完成汽水分離，飽和蒸汽就會流入到主蒸汽管道，而飽和水則會沿著下降管流入到下降管集箱中，并且最終會回到熱管冷凝段進行再次循環.

3.2 紡織余熱回收

熱管技術還可應用于紡織業的余熱回收中. 在現階段，紡織業主要是利用熱管技術進行定型機的廢氣余熱回收工作.其工作流程為：熱管將廢氣中的熱能進行回收，接著將回收到的熱能出送至定型機的烘箱內.在進行該工作時，熱管一般被安裝于廢氣排放口，廢氣一排出就可進行余熱的回收，避免了熱能不必要的損失可達到最佳的回收效果。

3.3 航空航天應用

熱管技術還在航空航天中起到了重用作用.對航天有所了解的人都知道，不管是何種的航天器都會面臨著一個難題：正對太陽一側的溫度非常高，而背對太陽一側的溫度則非常低.在太空中，空氣無法對流，故而航天器的兩側無法進行溫度的調節，這也就導致兩側的溫差巨大.在無法實現空氣調節的情況下，使用熱管技術進行調節可以減少兩側的溫差，最快速度的實現溫度平衡.航天技術中，航天器中安裝熱管，正對太陽的一側是蒸發段，而背對太陽的一側則是冷凝段.實際工作中，蒸發段在溫度高的一側吸收大量的熱能實現內部介質的蒸發，介質蒸發后傳遞到冷凝階段，在冷凝階段釋放熱量后恢復原始狀態回流至蒸發段進行再次循環.正是這種不斷的循環能夠實現航天器兩側溫度的平衡，能夠有效避免溫差過大而造成的故障。

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