浅议热管技术及其在热能工程中的应用.doc

浅议热管技术及其在热能工程中的应用

热管技术现在运用的越来越频繁，本文对热管的基本组成，热管的工作原理，以及热管的分类和热管在应用的过程中，所要解决的技术关键做了具体的分析，并且对热管技术在热能工程的应用进行了分析和研究，给以后的热管研究提供了参照。
随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是与日俱进，热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非常高，是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术，热管的截面非常的小，并且不需要加入任何的动力就可以让庞大的热能，进行传输。因此，热管在热能工程的应用越来越广泛。
热管的组成和原理

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3〔10负1－－－10负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〕，依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。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个互相关联的主要过程：
1.1.1.热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到〔液－－－汽〕分界面；
1.1.2.液体在蒸发段内的〔液－－汽〕分界面上蒸发；
1.1.3.蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；
1.1.4.蒸汽在冷凝段内的汽．液分界面上凝结：
1.1.5.热量从〔汽－－液〕分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源：
1.1.6.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。

在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加热段传到散热段。
当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。热虹吸管结构简单，工程上广泛应用。
热管应用的技术关键

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。

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，依据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有合格的等温性。

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度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。

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。

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，热管也可做成分开式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的状况下的换热；热管既可以用于地面〔重力场〕，也可用于空间〔无重力场〕。
热管技术在热能工程中的应用
3.1.炼焦炉余热回收工程中的应用 一般的状况下，从炼焦炉被释放出来的烟气，温度会非常的高，不进行回收利用，就会造成非常大的浪费。如果把热管技术运用到炼焦炉，并且安装到烟囱内，这些大量的余热就可以回收利用。第一个步骤，在热管内，工作介质关于烟囱内的热量进行有效的汲取，并且蒸发成气体，这些气体会传送到凝结段，进行热量的释放后，开始凝结，当能量完全的释放之后，持续变成液态的介质，再一次的流回蒸发段，持续的循环。通过凝结段的使用，得到的热量，应该进行加热，除去盐水，因为热管传送的热量类型非常多。所以汽和谁的混合物就会大量的产生，并且沿着上升管在集箱的内部汇进行合，并且在最后都进入汽包实现分开。
3.2.热管用于传送和储存能量 用热管传送热量是利用汽化潜热或化学反应将热量从高温流体传向低温流体,这时热管相当于传送管道,但功能和功率都比一般传送管道多,而且不需要传送泵等设备｡热管用于储存能量,并不是利用热管本身,因热管本身的储热能力很小,而是用热管结构简单的特点和容易设置蓄热材料,如可在热管外面设置蓄热材料,其工作原理为当高温热源充足时,蓄热材料储存一部分热量,而当高温热源不充足或间断时,蓄热材料将储存的热量通过热管传送给低温物体｡

利用热管的控制性能进行控温的方式,具有结构简单､体积小､性能合格和工作可靠等优点｡它的工作原理是利用变导热管的可调节性能,由于变导热管中的惰性气体随温度的膨胀而改变凝结段换热面积,因而可控制热管内温度,从而也就控制了加热段的温度｡这项技术被广泛应用于卫星､宇宙飞船等设备上,它能使卫星､宇宙飞船各部件之间,甚至整个卫星结构等温化｡
随着传统能源变得越来越少，把热管技术成功的使用在热能工程，不仅仅可以完成热能的合理流动，同时还可以减少大量的能量损失，有效的实现节约资源和能源的目标。总之,热管技术已深入人们生活的各个领域,从军工到民用,从空间到地面,到处可以见到它的应用,并且不同功能的热管也日趋向纵深方向发展｡