(1.2)--15.4-热管工程热力学.ppt

热管一一 什么是什么是热管？管？1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的发明的一种传热元件，它将沸腾和凝结两种相变换热过程巧妙地结合在一起，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属。二二 热管的起源与管的起源与发展展1963年：发源于美国洛斯-阿洛莫斯国家实验室（Los Alamos），G.M.Grover公开发表了第一篇论文，正式将此传热元件命名为“Heat Pipe”。1964-1970年：理论研究高峰期，近千篇论文发表。1970-1980年：机密性应用研究：空间核电源、电子仪器散热、航天飞行器均温等；节能研究：热管换热器，太阳能发电。二二 热管的起源与管的起源与发展展1980年以后：电子电器散热、计算机CPU散热、大型空气预热器、高温热管换热器、高温高压化学反应器、高效微型热管技术。我国自70年代，开展了热管的传热性能研究，以及热管在电子器件冷却及空间飞行器方面的应用研究。自80年代初，我国的热管研究及开发的重点转向节能及能源的合理利用。三三 热管的管的结构构典型的热管由管壳、吸液芯、端盖和工作液体组成，将管内抽成1.3（10-110-4）Pa的负压后，充以适量的工作液体，紧贴管内壁的吸液芯由毛细多孔材料组成，里面充满液体后，加以密封。四四 热管的工作原理管的工作原理管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根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，毛细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，液体沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环，热量由热管的一端传至另一端。五五 热管的管的传热过程程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；液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发；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。蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结；蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；六六 热管的基本特性管的基本特性高高导热性能：性能：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。一根内、外径分别为21、25mm，加热段、冷凝段长度都为1m的钢水重力热管的热阻（管外对流换热热阻除外）是直径相同、长度为2m的紫铜棒导热热阻的1/1500，即这种热管的传热能力是紫铜棒的1500倍。六六 热管的基本特性管的基本特性热流密度可流密度可变性：性：热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，这样即可以改变热流密度。热流密度变换在工程中有重要的应用，例如可以用来控制管壁温度以避免出现的露点腐蚀，解决一些其他方法难以解决的传热难题。六六 热管的基本特性管的基本特性热流方向可逆性：流方向可逆性：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。六六 热管的基本特性管的基本特性优良的等温性能：良的等温性能：热管内腔的蒸汽处于饱和状态，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，温降亦很小。温度展平：利用热管的等温性，把一个温度不均匀的温度场展平成为一个均匀的温度场。温度展平技术在电子设备仪器仪表板方面都有重要的应用。六六 热管的基本特性管的基本特性热二极管性能：二极管性能：利用重力热管的传热原理，可将热管做成热二极管，只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动。当蒸发段在冷凝段的下方，热管可以正常工作；当冷凝段在蒸发段的下方，热管则不能工作。热二极管原理在太阳能及地土永冻工程中有很重要的应用。六六 热管的基本特性管的基本特性热开关性能：开关性能：热管可做成热开关，当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。可可变导热管管：使得冷凝段的热阻随热量而变化，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制。六六 热管的基本特性管的基本特性环境境的的适适应性性：热管的形状可随热源和冷源的条件而变化；也可做成分离式的，以适应长距离或冷热流体不能混合的情况下的换热；既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。免运行免运行维护性能：性能：热管运行不需要外部提供动力。八八 热管管应用用微型热管技术，在半导体芯片、集成电路板、笔记本电脑CPU的散热方面有很重要的应用。八八 热管管应用用高温热管技术，工作液体是液态金属（钠、钾、锂、铯等），工作的热管只承受高温而不承受管内高压。在核工程、太阳能电站、高温热风炉、等方面有着重要的用途。太阳能集热器八八 热管管应用用高原冻土区路基的稳定 青藏铁路两侧安装的热管