熱管技術在熱能工程中的應用技術初探

趙英杰

摘 要：隨著熱管在生活中應用中越來越廣泛，熱管技術也越來越受到人們的重視。熱管技術從發展一直到現在，在熱管工程中取得了較大的進步并且也與熱能工程一起在不斷地發展壯大。本文在介紹熱管技術基礎知識的急促上，對熱管技術在熱能工程中應用的幾個方面進行初步的探索，進一步推進熱管技術的發展。

關鍵詞：熱管技術；熱能工程；應用；探索

1 前言

隨著科學技術的日新月異，熱能工程也在飛速的發展，但是在熱能工程發展的過程中，遇到了一個困難，就是傳遞熱材料的研究和運用。經過研究，我們找到了解決這一問題的方法，那就是熱管材料，它可以從橫截面積很小的熱管中傳遞大量的熱并且不需要動力的援助。近年來，熱管以它卓越的導熱能力，越來越受到人們的關注。

2 熱管的組成成分和基本原理

2.1 熱管的組成成分

常用的熱管主要包括主體、內部空腔和毛細結構3部分結構。熱管是抽成真空的封閉系統，其中主體部分是一段封閉的金屬管，由不銹鋼、碳鋼等金屬制成的，內部空腔中存在著少量的氣態或者液態以及毛細結構，并且金屬管內的空氣和雜物不能包括在其中。

2.2 熱管的工作原理

通過熱管的組成成分我們知道熱管的一端是蒸發段，一端是冷凝段，中間是絕熱段。當熱管的蒸發段受到外部熱量時，蒸發段的氣壓會急速增高，毛細材料中的液體通過蒸發的形式流向冷凝段。冷凝段由于放出熱量冷卻又使蒸汽凝結成液體，液體隨著毛細材料又回到蒸發段。一直進行如此循環，熱量就會從這一端傳向另一端。那么從熱管內部的工作過程來看，它一共分為氣化段、運輸段、放熱凝結段3個結段。在熱量傳遞的過程中，絕熱段為熱管內的液體提供了流動的渠道，并且也保證了蒸發段與冷凝段的隔絕，保證了熱管內的熱量不會向外界散發，保證了熱量的有效傳遞。這種原理的熱管叫做毛細管式熱管。還有一種重力式熱管，也是熱能工程中應用廣泛的一種，它利用凝結段中液體的重力沿內壁向蒸發段流動。

3 熱管技術在熱能工程的關鍵技術

熱管技術運用在熱能中主要有以下幾種關鍵技術。（1）均溫技術，主要利用熱管的等溫特性，保證從一個溫度各處不相同的 溫度場變為一個溫度均勻的溫度場。（2）分隔技術，在熱傳遞的過程中，熱管將熱段和冷段分隔開來，這樣在生產項目進行時利用匯源分隔技術起著至關重要的作用。（3）交變熱流密度，通過熱管可以實現小面積輸入熱量大面積輸出熱量，還可以大面積輸入熱量小面積輸出熱量，有效的進行單位面積的熱量交換。在熱能工程項目中有著非常重要的作用。（4）熱控制，在熱管中使用熱阻可以有效的對熱管進行熱傳遞控制，從而有效的控制溫度。（5）單向導熱技術，重力熱管可以實現單向導熱，此時的熱管就是一個單向導熱系統的零件。這項技術可以使用在太陽能工程和凍土工程上。（6）高溫熱管技術，在高溫熱管中工作液體主要是金屬液體，金屬液體的優點主要是飽和蒸汽壓相對比較低，避免給高溫下的熱管制造高壓。它主要應用在核電站，太陽能電站，高溫熱風爐等重大高溫項目中。綜上，我們知道熱管技術在熱能工程中有著非比尋常的作用。

4 熱管技術在熱能工程中的應用初探

4.1 熱管技術在鐵路凍土地基中的應用

在我國北方地區，冬季有一些區域的土壤常年處于凍土狀態，但是一到夏天凍土開始從上往下融化，這樣會導致一些土壤松懈，從而導致一些列車脫軌，從而引發重大交通事故。但是熱管就可以有效的解決這一難題。首先我們應該把低溫熱管埋在凍土層，當凍土的溫度高于空氣溫度時，熱管中的液體吸收凍土中的熱蒸發，在壓力差的作用下，流入熱管的上部，并釋放出熱量流回到蒸發段，依次循環，把凍土中的熱輸送到大氣中。當空氣的溫度高于凍土的溫度時，由于外部溫度高，液體將不再在冷凝段中冷凝，此時液體將會達到氣相和液相的平衡，熱管就會停止工作，空氣中熱量將不會傳遞到凍土中了。凍土將會保持上面溫度高下面溫度低的狀態，就不會出現土壤松懈的狀態。

4.2 熱管技術在航空航天上的應用

在航空航天工程中都面對著一個共同的難題，那就是航天器在天空中面對太陽時，一面溫度極高，一面溫度又極低，導致兩端有著極大的溫差，這種情況下，熱管技術可以迅速的解決這一難題。我們首先將熱管安裝到航天器中，面對太陽的一側是蒸發段，另一側是冷凝段。當蒸發段吸收了大量的熱量時，熱管的液體就會將熱量傳遞到冷凝段，并放出大量的熱后回到液體流回蒸發段，循環作用，從而保證了飛行器的兩側受熱均勻，避免飛機由于溫差過大而產生事故。

4.3 熱管技術在紡織行業回收余熱的應用

在紡織行業中余熱回收是一件至關重要的技術，熱管是一個回收余熱的好方案。在這個過程中，熱管將廢氣中的熱能回收然后重新輸送到烘箱中。我們將熱管安裝在廢氣排出口，這樣我們可以在廢氣一排出時就把大量的熱量就行回收，從而避免不必要的浪費。在工作過程中，廢氣排出時熱管的蒸發段將會吸收大量的熱量，通過液體傳遞到冷凝段，冷凝段把熱量放給烘箱散熱器附近，這樣就完成了熱量的回收。冷凝段的氣體變為液體又回到蒸發段，從而不間斷的回收余熱。這種高效的回收狀態，是我們的熱量得到了充分的利用。

5 總結與展望

熱管技術在我們的熱能工程中的各個方面，并且幫助我們解決了許多技術上難題，但是我們還需要開發更多的應用面，從而使我們熱管技術的運用更加廣泛。并且隨著人們生活活動的廣泛，我們地球的很對資源幾乎快耗盡。我們需要熱管這一技術來幫助我們節約資源，從而減輕我們的能源危機。但是熱管的發展還是有些緩慢和局限，我們需要投入更多的人力和物力去做進一步的研究，攻克技術上的一些難題，使熱管能給我們的工業和生活帶來更多的便利。

參考文獻

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