换热器的设计2-热管技术.ppt

主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU第第3 3章章 热管换热器热管换热器1 1.热管的工作原理热管的工作原理热管的工作原理热管的工作原理管壳管壳吸热芯吸热芯 蒸气蒸气加热段加热段绝热段绝热段散热段散热段3.13.1 概述概述概述概述主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU2 2.热管的发展历史热管的发展历史热管的发展历史热管的发展历史第一个阶段时间为第一个阶段时间为1836一一1942年年热热虹虹吸吸管管帕帕金金斯斯管管阶阶段段，是是一一种种两两端端封封闭闭、其其中中充充有有少少量量水水的的管管子子。工工作作时时管管子子一一端端插插在在高高温温烟烟气气或或火火中中，另另一一端端插插在在水水中中，依依靠靠水水的的沸沸腾腾和和凝凝结结传传递递热热量量。由由于于管管内内空气未抽除，所以传热性能较差。空气未抽除，所以传热性能较差。1863年年得得到到工工业业应应用用，用用于于法法国国的的一一台台机机车车锅锅炉炉及及其其火火箱箱过过热热器器中中；1867年年用用于于英英国国军军队队的的移移动动式式面面包包烤烤炉炉中中。1892年年JPerkins的的孙孙子子LPPerkins,指指出出：“排排除除管管内内空空气气可可有有效效地地改改进进其其工工作作性性能能并并对对提提高高管管子子的的传传热热极极限限提提出出了了不不少少改改进进意意见见，建建议议可可用用这这种种改改进进的的帕帕金金斯斯管管即即两两相相闭闭式式热热虹虹吸吸管管来来回回收收烟烟气气余余热热加加热热空空气气”。1930年年以以后后，在在英英国国、前前苏苏联联、捷捷克克及及其其它它国国家家，热热管管在在面面包包烤烤炉炉上上得得到了广泛的应用。到了广泛的应用。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU第二个阶段时间为第二个阶段时间为60年代年代-70年代年代1944年，美国俄亥俄通用发动机公司的高格勒年，美国俄亥俄通用发动机公司的高格勒(ESGaugler)以不太引人注目的以不太引人注目的“传热器件传热器件”的名称提出来的。首次提出了的名称提出来的。首次提出了有吸液芯的标准热管，或称现代热管的原理首次提出可以将热有吸液芯的标准热管，或称现代热管的原理首次提出可以将热量由上而下量由上而下(依靠吸液芯克服重力回流冷凝液依靠吸液芯克服重力回流冷凝液)进行相变传热。进行相变传热。1963年美国格罗弗独立发明了高效导热装置，采用丝网式吸液年美国格罗弗独立发明了高效导热装置，采用丝网式吸液芯，用不锈钢作外壳，钠作为工质正式提出以热管为名，并申芯，用不锈钢作外壳，钠作为工质正式提出以热管为名，并申请了美国专利。格罗弗因而被称为现代热管之父。在空间技术请了美国专利。格罗弗因而被称为现代热管之父。在空间技术迅速发展的有利形势下这项发明在美国洛斯一一阿拉莫斯迅速发展的有利形势下这项发明在美国洛斯一一阿拉莫斯(Los Alamos)实验室完成了从设想到实验的全过程，井进行了初步实验室完成了从设想到实验的全过程，井进行了初步的理论分析，次年，在美国的理论分析，次年，在美国应用物理应用物理杂志上发表了他的论杂志上发表了他的论文及实验结果，引起了人们广泛的兴趣及重视。文及实验结果，引起了人们广泛的兴趣及重视。这种新型、高效的换热元件这种新型、高效的换热元件热管，由于其先进巧妙的构热管，由于其先进巧妙的构思和良好的换热性能能，在应用中具有强大的生命力，引起了思和良好的换热性能能，在应用中具有强大的生命力，引起了科技界的极大兴趣及研究热情。科技界的极大兴趣及研究热情。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU1967年年热热管管首首次次空空间间试试验验成成功功。美美国国首首次次用用热热管管进进行行卫卫星星的的温温度度控控制制，即即GEOSB卫卫星星热热管管系系统统，共共运运行行145天天，使使用用效效果果良良好好，在在阿阿特特拉拉斯斯火火箭箭周周围围全全部部布布满满了了热热管管，借借助助这这些些热热管管使使火火箭箭容容器器和和美美国国“天天空空实实验验室室轨轨道道站站的的起起居居舱舱保保持持了了均均温温，防防止止了了字字奋奋飞飞行行器器进进人人大大气气层层时时外外壳壳被被强烈加热。强烈加热。在此期间，重力热管的应用范围进一步扩大。前苏联首次在此期间，重力热管的应用范围进一步扩大。前苏联首次在在200th锅炉上安装重力热管空气预热器。捷克的斯可达锅炉上安装重力热管空气预热器。捷克的斯可达工厂从工厂从1955年开始制造重力热管换热器，用作锅炉的空气年开始制造重力热管换热器，用作锅炉的空气预热器。除此之外，英国、日本、德国等国也开始了热管预热器。除此之外，英国、日本、德国等国也开始了热管的研制工作。的研制工作。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU第三个阶段为第三个阶段为70年代以后年代以后在空间应用热管成功的基础人热管在地面上的应用也蓬勃地在空间应用热管成功的基础人热管在地面上的应用也蓬勃地开展起来。最多的是用于工业余热回收及空调低温余热回收开展起来。最多的是用于工业余热回收及空调低温余热回收的热管换热器。这类换热器已系列化、商品化生产。热管应的热管换热器。这类换热器已系列化、商品化生产。热管应用已涉及到用已涉及到94种行业，单管型热管换热器的余热回收量已达种行业，单管型热管换热器的余热回收量已达105kW级，单管长度长达级，单管长度长达710m，在大型电厂锅炉中用作前，在大型电厂锅炉中用作前置式空气预热器。分离型热管换热器的余热回收量更大，较置式空气预热器。分离型热管换热器的余热回收量更大，较多用于冶金、化工等行业。多用于冶金、化工等行业。在此期间，美国在阿拉斯加州永久冻土带输油管道的重力在此期间，美国在阿拉斯加州永久冻土带输油管道的重力热管保护系统是最大的一项应用热管的工程，使用了热管保护系统是最大的一项应用热管的工程，使用了11400根根热管和热管和21m长的热管，在热管数和长度方面都是创纪录的。长的热管，在热管数和长度方面都是创纪录的。此外，一些特殊热管的研究工作也右了很大进展，如可变热此外，一些特殊热管的研究工作也右了很大进展，如可变热导热管、旋转热管、微型热管及超长热管等。导热管、旋转热管、微型热管及超长热管等。与世界各国的热管发展情况一样，我国于与世界各国的热管发展情况一样，我国于1970年即开始对年即开始对有吸液芯的热管进行研究，有吸液芯的热管进行研究，1972年我国第一文钠热管研制成年我国第一文钠热管研制成功，功，1980年我国第一台槽道式吸液芯热管换热器投入运行。年我国第一台槽道式吸液芯热管换热器投入运行。至至80年代初我国从事热管所究的科研单位及大专院校已遍及年代初我国从事热管所究的科研单位及大专院校已遍及全国。全国。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU3 3.热管的类型：热管的类型：热管的类型：热管的类型：按工作温度范围可分为：按工作温度范围可分为：按工作温度范围可分为：按工作温度范围可分为：（1 1）低温热管：工作温度范围为低温热管：工作温度范围为低温热管：工作温度范围为低温热管：工作温度范围为0 0 0 0122K122K122K122K；工质可；工质可；工质可；工质可选为氢、氖、氮、氧及甲烷，其沸点低于选为氢、氖、氮、氧及甲烷，其沸点低于选为氢、氖、氮、氧及甲烷，其沸点低于选为氢、氖、氮、氧及甲烷，其沸点低于 122K 122K 122K 122K （2 2）中温热管：中温热管：中温热管：中温热管：122122122122628K628K628K628K，工质可选为普通制，工质可选为普通制，工质可选为普通制，工质可选为普通制冷剂或液体，如氟利昂、甲醇、氨和水冷剂或液体，如氟利昂、甲醇、氨和水冷剂或液体，如氟利昂、甲醇、氨和水冷剂或液体，如氟利昂、甲醇、氨和水 （3 3）高温热管：温度高于高温热管：温度高于高温热管：温度高于高温热管：温度高于628K628K628K628K，工质可选为汞、钾、，工质可选为汞、钾、，工质可选为汞、钾、，工质可选为汞、钾、钠、锂、银等液态金属；钠、锂、银等液态金属；钠、锂、银等液态金属；钠、锂、银等液态金属；按凝液回流方式：按凝液回流方式：按凝液回流方式：按凝液回流方式：（1 1）普通热管：冷凝液靠吸液芯的毛细力作用返普通热管：冷凝液靠吸液芯的毛细力作用返普通热管：冷凝液靠吸液芯的毛细力作用返普通热管：冷凝液靠吸液芯的毛细力作用返回蒸发端；回蒸发端；回蒸发端；回蒸发端；（2 2）重力热管：靠重力返回蒸发端；重力热管：靠重力返回蒸发端；重力热管：靠重力返回蒸发端；重力热管：靠重力返回蒸发端；主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU重力热管示意图主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU按热管回流凝结液的方式按热管回流凝结液的方式按热管回流凝结液的方式按热管回流凝结液的方式(1)(1)(1)(1)借借借借助助助助毛毛毛毛细细细细力力力力回回回回流流流流凝凝凝凝结结结结液液液液的的的的热热热热管管管管，称称称称为为为为标标标标准准准准热热热热管管管管，简称热管。简称热管。简称热管。简称热管。(2)(2)(2)(2)借借借借助助助助重重重重力力力力回回回回流流流流凝凝凝凝结结结结波波波波的的的的热热热热管管管管，称称称称为为为为重重重重力力力力热热热热管管管管，又又又又可称为二相热虹吸管。可称为二相热虹吸管。可称为二相热虹吸管。可称为二相热虹吸管。(3)(3)(3)(3)借助离心力回流凝结液的热管，称为旋转热管借助离心力回流凝结液的热管，称为旋转热管借助离心力回流凝结液的热管，称为旋转热管借助离心力回流凝结液的热管，称为旋转热管(4)(4)(4)(4)借借借借助助助助静静静静电电电电体体体体积积积积力力力力回回回回流流流流凝凝凝凝结结结结液液液液的的的的热热热热管管管管，称称称称为为为为电电电电流流流流体体体体动力热管。动力热管。动力热管。动力热管。(5)(5)(5)(5)借借借借助助助助磁磁磁磁体体体体积积积积力力力力回回回回流流流流凝凝凝凝结结结结液液液液的的的的热热热热管管管管，称称称称为为为为磁磁磁磁流流流流体体体体动动动动力热管。力热管。力热管。力热管。(6)(6)(6)(6)借助渗透力回流凝结液的热管，称为渗透热管。借助渗透力回流凝结液的热管，称为渗透热管。借助渗透力回流凝结液的热管，称为渗透热管。借助渗透力回流凝结液的热管，称为渗透热管。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 三、按热管的尺寸分三、按热管的尺寸分三、按热管的尺寸分三、按热管的尺寸分 热管可分成长热管、一般热管和微型热管三种。热管可分成长热管、一般热管和微型热管三种。热管可分成长热管、一般热管和微型热管三种。热管可分成长热管、一般热管和微型热管三种。(1)(1)(1)(1)长热管为长热管为长热管为长热管为l l l ld 1d 1d 1d 1的热管长热管运行具有的热管长热管运行具有的热管长热管运行具有的热管长热管运行具有独特之处，如传热特性及传热极限等。独特之处，如传热特性及传热极限等。独特之处，如传热特性及传热极限等。独特之处，如传热特性及传热极限等。(2)(2)(2)(2)微型热管微型热管微型热管微型热管 内径非常小的热管内径非常小的热管内径非常小的热管内径非常小的热管 目前已有目前已有目前已有目前已有内径为内径为内径为内径为l0l0l0l0一一一一100m100m100m100m的微型热管。在这种情况下，表的微型热管。在这种情况下，表的微型热管。在这种情况下，表的微型热管。在这种情况下，表面张力与使凝结液回沉的驱动力的相互影响，对保面张力与使凝结液回沉的驱动力的相互影响，对保面张力与使凝结液回沉的驱动力的相互影响，对保面张力与使凝结液回沉的驱动力的相互影响，对保证热管的正常工作就有特殊的意义。证热管的正常工作就有特殊的意义。证热管的正常工作就有特殊的意义。证热管的正常工作就有特殊的意义。(3)(3)(3)(3)一般热管一般热管一般热管一般热管 尺寸介于二者之间的热管为一尺寸介于二者之间的热管为一尺寸介于二者之间的热管为一尺寸介于二者之间的热管为一般热管。般热管。般热管。般热管。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 四、按热管的结构分四、按热管的结构分四、按热管的结构分四、按热管的结构分 热热热热管管管管可可可可分分分分成成成成单单单单管管管管型型型型、回回回回路路路路型型型型、平平平平板板板板型型型型、挠挠挠挠性性性性四种。四种。四种。四种。(1)(1)(1)(1)单单单单管管管管型型型型热热热热管管管管 蒸蒸蒸蒸发发发发段段段段、绝绝绝绝热热热热段段段段和和和和凝凝凝凝结结结结段段段段均均均均在同一根管内。在同一根管内。在同一根管内。在同一根管内。(2)(2)(2)(2)回回回回路路路路型型型型热热热热管管管管 在在在在冷冷冷冷热热热热源源源源间间间间有有有有一一一一定定定定的的的的距距距距离离离离时时时时，热热热热管管管管的的的的蒸蒸蒸蒸发发发发段段段段与与与与凝凝凝凝结结结结段段段段用用用用较较较较长长长长的的的的连连连连接接接接管管管管连连连连起起起起来来来来。常常常常用用用用于于于于重重重重力力力力热热热热管管管管中中中中，如如如如组组组组成成成成换换换换热热热热器器器器即即即即分分分分离离离离型型型型热热热热管管管管换热器。换热器。换热器。换热器。(3)(3)(3)(3)平平平平板板板板型型型型热热热热管管管管 吸吸吸吸液液液液芯芯芯芯能能能能把把把把液液液液态态态态工工工工质质质质沿沿沿沿较较较较大大大大的的的的平平平平面面面面分分分分布布布布开开开开，从从从从而而而而造造造造成成成成一一一一个个个个近近近近于于于于等等等等温温温温的的的的平平平平板板板板消消消消除除除除局局局局部部部部加加加加热热热热所所所所产产产产生生生生的的的的热热热热点点点点。也也也也可可可可用用用用来来来来制制制制造造造造一一一一种种种种极极极极有效的散热器有效的散热器有效的散热器有效的散热器 (4)(4)(4)(4)挠挠挠挠性性性性热热热热管管管管 挠挠挠挠性性性性热热热热管管管管是是是是在在在在热热热热管管管管蒸蒸蒸蒸发发发发段段段段和和和和凝凝凝凝结段之间加一段可弯曲的波纹管或塑料管。结段之间加一段可弯曲的波纹管或塑料管。结段之间加一段可弯曲的波纹管或塑料管。结段之间加一段可弯曲的波纹管或塑料管。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 五、特殊热管五、特殊热管五、特殊热管五、特殊热管 (1)(1)(1)(1)可变热导热管可变热导热管可变热导热管可变热导热管 采用一定的方法使热管的采用一定的方法使热管的采用一定的方法使热管的采用一定的方法使热管的热导率随着热源或冷源的条件改变而改变，从而热导率随着热源或冷源的条件改变而改变，从而热导率随着热源或冷源的条件改变而改变，从而热导率随着热源或冷源的条件改变而改变，从而达到恒定热管某部分温度的目的可变热导热管达到恒定热管某部分温度的目的可变热导热管达到恒定热管某部分温度的目的可变热导热管达到恒定热管某部分温度的目的可变热导热管也称为可控热管。此种热管已日益广泛地被应用也称为可控热管。此种热管已日益广泛地被应用也称为可控热管。此种热管已日益广泛地被应用也称为可控热管。此种热管已日益广泛地被应用于温度控制技术中。于温度控制技术中。于温度控制技术中。于温度控制技术中。(2)(2)(2)(2)等温炉、黑体炉中使用的均温热管等温炉、黑体炉中使用的均温热管等温炉、黑体炉中使用的均温热管等温炉、黑体炉中使用的均温热管 利用利用利用利用热管的等温性，可使整个炉体的温度差控制在热管的等温性，可使整个炉体的温度差控制在热管的等温性，可使整个炉体的温度差控制在热管的等温性，可使整个炉体的温度差控制在o.1o.1o.1o.1范围之内。范围之内。范围之内。范围之内。(3)(3)(3)(3)多组分工质热管多组分工质热管多组分工质热管多组分工质热管 利用各组分工质的不同利用各组分工质的不同利用各组分工质的不同利用各组分工质的不同性瓦拓宽热管的工作范围，改善热管的工作性能。性瓦拓宽热管的工作范围，改善热管的工作性能。性瓦拓宽热管的工作范围，改善热管的工作性能。性瓦拓宽热管的工作范围，改善热管的工作性能。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU六、重力热管的类型六、重力热管的类型六、重力热管的类型六、重力热管的类型 (1)(1)(1)(1)闭式重力热管闭式重力热管闭式重力热管闭式重力热管 热管管壳为单管型且密闭称热管管壳为单管型且密闭称热管管壳为单管型且密闭称热管管壳为单管型且密闭称闭式重力热管。按工质工作状态不同又可分为单相闭闭式重力热管。按工质工作状态不同又可分为单相闭闭式重力热管。按工质工作状态不同又可分为单相闭闭式重力热管。按工质工作状态不同又可分为单相闭式重力热管与两相闭式重力热管。团绝大部分重力热式重力热管与两相闭式重力热管。团绝大部分重力热式重力热管与两相闭式重力热管。团绝大部分重力热式重力热管与两相闭式重力热管。团绝大部分重力热管均为两相闭式重力热管所以一般无特殊说明重力热管均为两相闭式重力热管所以一般无特殊说明重力热管均为两相闭式重力热管所以一般无特殊说明重力热管均为两相闭式重力热管所以一般无特殊说明重力热管即指两相闭式重力热管。管即指两相闭式重力热管。管即指两相闭式重力热管。管即指两相闭式重力热管。(2)(2)(2)(2)开式重力热管开式重力热管开式重力热管开式重力热管 由于重力场的特殊性，陈常由于重力场的特殊性，陈常由于重力场的特殊性，陈常由于重力场的特殊性，陈常规热管的封闭型式外，还可以有与外界相通、壳体不规热管的封闭型式外，还可以有与外界相通、壳体不规热管的封闭型式外，还可以有与外界相通、壳体不规热管的封闭型式外，还可以有与外界相通、壳体不封闭的开式重力热管。封闭的开式重力热管。封闭的开式重力热管。封闭的开式重力热管。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU4 4.热管的形状热管的形状热管的形状热管的形状主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU5 5.热管的性能和特点：热管的性能和特点：热管的性能和特点：热管的性能和特点：（1 1）传热能力强：一根钢水热管的传热能力大致传热能力强：一根钢水热管的传热能力大致传热能力强：一根钢水热管的传热能力大致传热能力强：一根钢水热管的传热能力大致相当于同样尺寸紫铜棒导热能力的相当于同样尺寸紫铜棒导热能力的相当于同样尺寸紫铜棒导热能力的相当于同样尺寸紫铜棒导热能力的15001500倍；倍；倍；倍；（2 2）等温性；等温性；等温性；等温性；（3 3 3 3）优良的热响应性：蒸汽的速度以近似于该温）优良的热响应性：蒸汽的速度以近似于该温）优良的热响应性：蒸汽的速度以近似于该温）优良的热响应性：蒸汽的速度以近似于该温度下的声速进行移动度下的声速进行移动度下的声速进行移动度下的声速进行移动 （4 4）热流密度可调（通过改变加热段和放热段的热流密度可调（通过改变加热段和放热段的热流密度可调（通过改变加热段和放热段的热流密度可调（通过改变加热段和放热段的长度或加装肋片）；长度或加装肋片）；长度或加装肋片）；长度或加装肋片）；主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （6 6 6 6）能在失重状态下工作，可用于宇宙飞船和人造）能在失重状态下工作，可用于宇宙飞船和人造）能在失重状态下工作，可用于宇宙飞船和人造）能在失重状态下工作，可用于宇宙飞船和人造卫星；卫星；卫星；卫星；（7 7 7 7）具有可变热导性和可变热阻性；）具有可变热导性和可变热阻性；）具有可变热导性和可变热阻性；）具有可变热导性和可变热阻性；（8 8 8 8）采用不同的工质可适用不同的温度范围；）采用不同的工质可适用不同的温度范围；）采用不同的工质可适用不同的温度范围；）采用不同的工质可适用不同的温度范围；（5 5 5 5）便于从狭窄空间取出热量及远距离传输；）便于从狭窄空间取出热量及远距离传输；）便于从狭窄空间取出热量及远距离传输；）便于从狭窄空间取出热量及远距离传输；（9 9 9 9）具有热二极管和热开关的功能。）具有热二极管和热开关的功能。）具有热二极管和热开关的功能。）具有热二极管和热开关的功能。（10101010）结构简单，质量轻，体积小，工质循环无须）结构简单，质量轻，体积小，工质循环无须）结构简单，质量轻，体积小，工质循环无须）结构简单，质量轻，体积小，工质循环无须消耗电能。消耗电能。消耗电能。消耗电能。（11111111）无运动部件，无噪声，无振动，可靠性高，）无运动部件，无噪声，无振动，可靠性高，）无运动部件，无噪声，无振动，可靠性高，）无运动部件，无噪声，无振动，可靠性高，维修量小。维修量小。维修量小。维修量小。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （6 6）热管应用中存在的主要问题：密封性、热管管热管应用中存在的主要问题：密封性、热管管热管应用中存在的主要问题：密封性、热管管热管应用中存在的主要问题：密封性、热管管材与工质间的相容性。材与工质间的相容性。材与工质间的相容性。材与工质间的相容性。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU7.7.7.7.热管的传热过程热管的传热过程热管的传热过程热管的传热过程（一）从温度为（一）从温度为t t1 1的热源到温度为的热源到温度为t t2 2 的冷源的冷源间的热量传输过程由下列七个环节组成：间的热量传输过程由下列七个环节组成：(1)(1)热源与热管蒸发段外壁间的换热；热源与热管蒸发段外壁间的换热；(2)(2)热管蒸发段固体壁的导热过程；热管蒸发段固体壁的导热过程；(3)(3)热管蒸发段的蒸发热管蒸发段的蒸发(沸腾沸腾)换热过程；换热过程；(4)(4)热管蒸发段到凝结段间蒸汽的流动换热热管蒸发段到凝结段间蒸汽的流动换热过程；过程；(5)(5)热管凝结段的凝结换热过程；热管凝结段的凝结换热过程；(6)(6)热管凝结段固体壁的导热过程；热管凝结段固体壁的导热过程；(7)(7)热管凝结段外壁与冷源间的换热过程。热管凝结段外壁与冷源间的换热过程。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU（二）热管各传热环节的换热热阻（二）热管各传热环节的换热热阻 (1)(1)热源与蒸发段外壁间的换热热阻；热源与蒸发段外壁间的换热热阻；(2)(2)热管蒸发段固体壁的导热热阻热管蒸发段固体壁的导热热阻 (3)(3)热管蒸发段的蒸发热管蒸发段的蒸发(沸腾沸腾)换热热阻换热热阻(4)(4)热管蒸发段到凝结段间蒸汽的流动换热热阻（可以忽略）热管蒸发段到凝结段间蒸汽的流动换热热阻（可以忽略）(5)(5)热管凝结段的凝结换热热阻；热管凝结段的凝结换热热阻；(6)(6)热管凝结段固体壁的导热热阻；热管凝结段固体壁的导热热阻；(7)(7)热管凝结段外壁与冷源间的对流换热热阻。热管凝结段外壁与冷源间的对流换热热阻。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU热管的内部总热阻与总热阻比较小的，在整个热管的传热过热管的内部总热阻与总热阻比较小的，在整个热管的传热过程中，外部热阻的值比内部总热阻的值大得多。程中，外部热阻的值比内部总热阻的值大得多。所以，传热的主要矛盾在外部环节。所以，传热的主要矛盾在外部环节。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 1凝结换热过程凝结换热过程主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 2蒸发段的传热蒸发段的传热主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU6 6.热管的工程应用：热管的工程应用：热管的工程应用：热管的工程应用：（1 1）热能回收装置；热能回收装置；热能回收装置；热能回收装置；空气空气空气空气 烟气烟气烟气烟气 空气预热器示意图 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （2 2）能量转换装置；能量转换装置；能量转换装置；能量转换装置；主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （3 3）等温恒温装置等温恒温装置等温恒温装置等温恒温装置主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （4 4）太阳能聚集器；太阳能聚集器；太阳能聚集器；太阳能聚集器；主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （5 5 5 5）电子和电器设备的冷却；）电子和电器设备的冷却；）电子和电器设备的冷却；）电子和电器设备的冷却；主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （6 6）温度控制（如：航天器）；温度控制（如：航天器）；温度控制（如：航天器）；温度控制（如：航天器）；主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU7 7 热管的传热极限热管的传热极限热管的传热极限热管的传热极限主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （1 1）粘性限粘性限粘性限粘性限:温温温温度度度度较较较较低低低低时时时时，受受受受到到到到介介介介质质质质粘粘粘粘滞滞滞滞力力力力的的的的限限限限制制制制，称称称称为为为为粘粘粘粘度度度度限限限限 (abababab线线线线)，粘粘粘粘度度度度限限限限是是是是对对对对液液液液态态态态金金金金属属属属及长热管而言的。及长热管而言的。及长热管而言的。及长热管而言的。（2 2）声速限声速限声速限声速限是指在热管蒸发段出口蒸汽速度不能超过声速的限制。是指在热管蒸发段出口蒸汽速度不能超过声速的限制。是指在热管蒸发段出口蒸汽速度不能超过声速的限制。是指在热管蒸发段出口蒸汽速度不能超过声速的限制。常用来限制和检查高温热管的工作状态。当冷凝段的温度太低常用来限制和检查高温热管的工作状态。当冷凝段的温度太低常用来限制和检查高温热管的工作状态。当冷凝段的温度太低常用来限制和检查高温热管的工作状态。当冷凝段的温度太低时会出现这种情况。时会出现这种情况。时会出现这种情况。时会出现这种情况。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （3 3）携带限携带限携带限携带限热热热热管管管管中中中中蒸蒸蒸蒸气气气气与与与与液液液液体体体体的的的的流流流流向向向向相相相相反反反反，存存存存在在在在剪剪剪剪切切切切力力力力，当当当当蒸蒸蒸蒸气气气气速速速速度度度度足足足足够够够够高高高高时时时时，就就就就可可可可将将将将液液液液滴滴滴滴从从从从液液液液体体体体界界界界面面面面拉拉拉拉下下下下往往往往冷冷冷冷凝凝凝凝段段段段，这这这这时时时时可可可可频频频频繁繁繁繁地地地地听听听听到到到到液液液液滴滴滴滴掩掩掩掩击击击击声声声声，蒸蒸蒸蒸发发发发段段段段介介介介质质质质过过过过早早早早耗耗耗耗尽尽尽尽，中中中中断断断断循循循循环环环环，这这这这种种种种限限限限制制制制你你你你为携带限（为携带限（为携带限（为携带限（cdcdcdcd).).).).主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU （4 4）毛细限毛细限毛细限毛细限(吸液限吸液限吸液限吸液限)指指指指热热热热管管管管内内内内蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽和和和和液液液液体体体体流流流流动动动动等等等等所所所所需需需需的的的的压压压压力力力力降降降降，不不不不能能能能超超超超过过过过毛毛毛毛细细细细结结结结构构构构可可可可能能能能达达达达到到到到的的的的最最最最大大大大毛毛毛毛细细细细压压压压力力力力差差差差。如如如如果果果果超超超超过过过过了了了了最最最最大大大大毛毛毛毛细细细细压压压压力力力力差差差差，则则则则说说说说明明明明再再再再吸吸吸吸液液液液芯芯芯芯内内内内蒸蒸蒸蒸发发发发掉掉掉掉的的的的液液液液体体体体比比比比毛毛毛毛细细细细芯芯芯芯供供供供给给给给的的的的的的的的液液液液体体体体来来来来的的的的要要要要快快快快，容容容容易易易易使使使使蒸蒸蒸蒸发发发发段段段段吸吸吸吸液液液液芯芯芯芯干干干干涸涸涸涸。（de).de).de).de).（5 5）沸腾限沸腾限沸腾限沸腾限热热热热管管管管中中中中的的的的相相相相变变变变可可可可以以以以是是是是表表表表面面面面蒸蒸蒸蒸发发发发，也也也也可可可可以以以以是是是是在在在在吸吸吸吸液液液液芯芯芯芯内内内内部部部部沸沸沸沸腾腾腾腾。沸沸沸沸腾腾腾腾限限限限是是是是指指指指在在在在热热热热管管管管蒸蒸蒸蒸发发发发段段段段输输输输入入入入的的的的热热热热流流流流密密密密度度度度不不不不能能能能超超超超过过过过工工工工质在毛细结构中产生模态沸腾的临界热流密度的极限。质在毛细结构中产生模态沸腾的临界热流密度的极限。质在毛细结构中产生模态沸腾的临界热流密度的极限。质在毛细结构中产生模态沸腾的临界热流密度的极限。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU7 7 热管的设计计算热管的设计计算热管的设计计算热管的设计计算 1.1.热管的阻力特性计算热管的阻力特性计算热管的阻力特性计算热管的阻力特性计算要要要要保保保保证证证证热热热热管管管管正正正正常常常常工工工工作作作作，必必必必须须须须使使使使热热热热管管管管吸吸吸吸液液液液芯芯芯芯产产产产生生生生的的的的最最最最大毛细压差克服以下三个阻力的和：大毛细压差克服以下三个阻力的和：大毛细压差克服以下三个阻力的和：大毛细压差克服以下三个阻力的和：1)1)1)1)p p p p1 1 1 1-液体从冷凝段返回到蒸发段的阻力；液体从冷凝段返回到蒸发段的阻力；液体从冷凝段返回到蒸发段的阻力；液体从冷凝段返回到蒸发段的阻力；2)2)2)2)p pv v蒸汽从蒸发段流到冷凝段的阻力；蒸汽从蒸发段流到冷凝段的阻力；蒸汽从蒸发段流到冷凝段的阻力；蒸汽从蒸发段流到冷凝段的阻力；3)3)p pg g-重力压头重力压头重力压头重力压头主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU蜷曲丝网吸液芯：蜷曲丝网吸液芯：蜷曲丝网吸液芯：蜷曲丝网吸液芯：覆网槽道吸液芯：覆网槽道吸液芯：覆网槽道吸液芯：覆网槽道吸液芯：主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 2.热管的传热特性计算热管的传热特性计算从热源到冷源包括从热源到冷源包括9 9各传热过程，及各传热过程，及存在存在9 9个热阻：个热阻：热源与蒸发段外表面的传热热阻热源与蒸发段外表面的传热热阻蒸发段管壁的径向热阻蒸发段管壁的径向热阻蒸发段吸液芯径向热阻蒸发段吸液芯径向热阻蒸发段气液交界面蒸发热阻蒸发段气液交界面蒸发热阻蒸汽沿轴向流动的热阻蒸汽沿轴向流动的热阻冷凝段气液界面冷凝热阻冷凝段气液界面冷凝热阻冷凝段吸液芯径向热阻冷凝段吸液芯径向热阻冷凝段管壁径向热阻冷凝段管壁径向热阻冷凝段管壁外表面与冷冷凝段管壁外表面与冷却介质的传热热阻却介质的传热热阻主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU3.5 热管换热器的设计与计算热管换热器的设计与计算 1.热管换热器的传热计算热管换热器的传热计算基本参数和方程：基本参数和方程：基本参数和方程：基本参数和方程：其中其中其中其中传热系数以加热段光管外表面积为基准计算传热系数以加热段光管外表面积为基准计算传热系数以加热段光管外表面积为基准计算传热系数以加热段光管外表面积为基准计算主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升School of Energy and Power Engineering NCEPU 2.热管换热器的流动阻力计算热管换热器的流动阻力计算主要指热管外的流体流过热管管束时的流动主要指热管外的流体流过热管管束时的流动主要指热管外的流体流过热管管束时的流动主要指热管外的流体流过热管管束时的流动阻力计算，据此还可进一步计算所需的流阻力计算，据此还可进一步计算所需的流阻力计算，据此还可进一