热管及应用.知识讲解.ppt

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1、热管及应用.热管？热管？热管热管技术是技术是19631963年美年美国国LosAlamosLosAlamos国家实验室的国家实验室的G.M.GroverG.M.Grover发明的一种称发明的一种称为为“热管热管”的传热元件，的传热元件，它充分利用了热传导原理它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递与致冷介质的快速热传递性质，性质，通过热管将发热物通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源体的热量迅速传递到热源外，外，其导热能力超过任何其导热能力超过任何已知金属的导热能力。已知金属的导热能力。热管工作原理热管工作原理 热管是一种热管是一种具有极具有极高导热性能高导热性能的传热元件，的传热元件，它

2、它通过在全封闭真空管通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结内的液体的蒸发与凝结来传递热量来传递热量。具有很高。具有很高的导热性、优良的等温的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、性、热流密度可变性、热流方向酌可逆性、可热流方向酌可逆性、可远距离传热、恒温特性远距离传热、恒温特性(可控热管可控热管)等一系列优等一系列优点。点。热管的基本工作热管的基本工作 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成管内抽成1 133（1010-1-11010-4-4）PaPa的负压后充以适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量的工作液体，使紧贴管内壁的

3、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），根据（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循环不己，热量由热管的一端传至另端。端。热管的基本

4、工作热管的基本工作热管的基本工作热管的基本工作 热管在实现热量转移的过程中，包含了六个热管在实现热量转移的过程中，包含了六个相互关联的主要过程：相互关联的主要过程：（1 1）热量从热源通过热管管壁和充满工作液）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（液体的吸液芯传递到（液-汽）分界面；汽）分界面；（2 2）液体在蒸发段内的（液）液体在蒸发段内的（液-汽）分界面上汽）分界面上蒸发；蒸发；（3 3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；（4 4）蒸汽在冷凝段内的汽）蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝结：液分界面上凝结：（5 5）热量从（汽）热量从（汽-液）分

5、界面通过吸液芯、液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源：液体和管壁传给冷源：（6 6）在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工）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。作液体回流到蒸发段。热管的基本特性热管的基本特性（1 1）很高的导热性）很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，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、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。当然，高导热性也是相对而言的，量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，

6、温差总是存在的，不可能违反温差总是存在的，不可能违反热力学第二定律热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向并无太大的改善（径向热管除外）。并无太大的改善（径向热管除外）。热管的基本特性热管的基本特性（2 2）优良的等温性优良的等温性热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的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，根据热力学中的方程式凝段所产生的压降很

7、小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。（3）热流密度可变性）热流密度可变性热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面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。解决的传热难题。热管的基

8、本特性热管的基本特性（4 4）热流方向酌可逆性热流方向酌可逆性一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环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。可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。（5）热二极管与热开关性能）热二极管与热开关性能热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就热管可做成热二极管或热开关，所谓热二

9、极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温的方向流动；热开关则是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。时，热管就不传热。热管的基本特性热管的基本特性（6 6）恒温特性（可控热管）恒温特性（可控热管）普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管温度亦随之变化。但人们发展了另

10、一种热管可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管而降低、随加热量的减少而增加，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，这就是热管的恒温特性。小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。热管的基本特性热管的基本特性（7 7）环境的适应性）环境的适应性 热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，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、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

11、离式的，以适应长手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。重力场）。热管的分类热管的分类按照热管管内工作温度划分：按照热管管内工作温度划分：热管可分为低温热管（热管可分为低温热管（-273-27300）、常温热）、常温热管（管（0 0250250）、中温热管（）、中温热管（250250450450）、高）、高温热管（温热管（450450一一10001000）等。）等。热管的分类热管的分类按照按照工作液体回流动力划工作液

12、体回流动力划分：分：热管可分为有芯热管、两相闭式热虹吸管热管可分为有芯热管、两相闭式热虹吸管（又称重力热管）、重力辅助热管、旋转热管、（又称重力热管）、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等等等。热管的分类热管的分类按照按照结构形式划结构形式划分：分：可分为普通热管、分离式热管、毛细泵回路可分为普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等热管、微型热管、平板热管、径向热管等。热管的分类热管的分类按照按照热管的功用划热管的功用划分：分：可分为可分为传输热量的热管传输热量的热管、热二极管、热开关、热二极管

13、、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。热管的相容性热管的相容性热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。相变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性。传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性

14、。碳钢水热管正是通过化学处理的方法，有效碳钢水热管正是通过化学处理的方法，有效地解决了碳钢与水的化学反应问题，才使得碳钢地解决了碳钢与水的化学反应问题，才使得碳钢水热管这种高性能、长寿命、低成本的热管得以在水热管这种高性能、长寿命、低成本的热管得以在工业中大规模推广使用。工业中大规模推广使用。影响热管寿命的因素影响热管寿命的因素（1 1）不凝性气体）不凝性气体 由于工作液体与管完材料发生化学反应或电化由于工作液体与管完材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在热管工作时，该气体学反应，产生不凝性气体，在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冲凝段聚集起来形成气塞，从而使被蒸汽流吹扫到冲凝段聚集

15、起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化，传有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化，传热能力降低甚至失效。热能力降低甚至失效。影响热管寿命的因素影响热管寿命的因素（2 2）工作液体物性恶化）工作液体物性恶化 有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与壳这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与壳体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能，体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能，如甲苯、烷、烃类等有机工作液体易发生该类不相如甲苯、烷、烃类等有机工作液体易发生该类不相容现象。容现象。影

16、响热管寿命的因素影响热管寿命的因素（3 3）管壳材料的腐蚀、溶解）管壳材料的腐蚀、溶解 工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。典型的重力热管典型的重力热管如图所示，在典型的重力热管如图所示，在密闭的管内

17、先抽成真空，在此密闭的管内先抽成真空，在此状态下充入适量工质，在热管状态下充入适量工质，在热管的下端加热，工质吸收热量汽的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸汽，在微小的压差下化为蒸汽，在微小的压差下,上上升到热管上端，并向外界放出升到热管上端，并向外界放出热量，凝结为液体。冷凝液在热量，凝结为液体。冷凝液在重力的作用下，沿热管内壁返重力的作用下，沿热管内壁返回到受热段，并再次受热汽化，回到受热段，并再次受热汽化，如此循环往复，连续不断的将如此循环往复，连续不断的将热量由一端传向另一端。由于热量由一端传向另一端。由于是相变传热，因此热管内热阻是相变传热，因此热管内热阻很小。很小。振荡（脉动）热管振荡

18、（脉动）热管振荡（脉动）热管运行机理工质在一个蛇形密闭的真空空间里，以低于常压工质在一个蛇形密闭的真空空间里，以低于常压蒸发温度受热蒸发产生气泡，气泡迅速膨胀和升压，蒸发温度受热蒸发产生气泡，气泡迅速膨胀和升压，形成蒸发端，推动工质流向低温冷凝段，气泡在冷凝形成蒸发端，推动工质流向低温冷凝段，气泡在冷凝段冷凝收缩并破裂，压力下降，工质回流。另外受热段冷凝收缩并破裂，压力下降，工质回流。另外受热产生的蒸气和冷凝产生的液体在毛细管力和弯曲力的产生的蒸气和冷凝产生的液体在毛细管力和弯曲力的作用下，管内最后将形成气塞和液塞间隔随机分布的作用下，管内最后将形成气塞和液塞间隔随机分布的振荡状态。正是这样，

19、由于冷热两端间存在压差以及振荡状态。正是这样，由于冷热两端间存在压差以及相邻管间存在压力不平衡，使得工质在加热段和冷凝相邻管间存在压力不平衡，使得工质在加热段和冷凝段之间振荡流动，从而实现热量的传递。在整个过程段之间振荡流动，从而实现热量的传递。在整个过程中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下中，无需消耗外部机械功和电功，完全是在热驱动下的自我振荡。的自我振荡。体积小、结构简单、成本低。管径小决定了整体体积小、结构简单、成本低。管径小决定了整体尺寸小；而且不需要吸液芯，减少了热管结构的复杂尺寸小；而且不需要吸液芯，减少了热管结构的复杂性和生产成本；振荡动力来自振荡热管本身，无需其性和生

20、产成本；振荡动力来自振荡热管本身，无需其它附属设备，运行和维护成本低。它附属设备，运行和维护成本低。传热性能好。除通过相变传热外，脉动热管还通传热性能好。除通过相变传热外，脉动热管还通过气液振荡传递显热并将热量转化为振荡需要的功。过气液振荡传递显热并将热量转化为振荡需要的功。适应性好。脉动热管的形状可以任意弯曲，可以适应性好。脉动热管的形状可以任意弯曲，可以有多个加热段和冷凝段，而且加热和冷凝的部位可以有多个加热段和冷凝段，而且加热和冷凝的部位可以任意选取，可以在任意倾斜角度和加热方式下工作，任意选取，可以在任意倾斜角度和加热方式下工作，这就大大增加了脉动热管的适应性，扩大了应用领域。这就大大

21、增加了脉动热管的适应性，扩大了应用领域。振荡（脉动）热管的优点脉动热管性能影响因素的关系脉动热管性能影响因素的关系翅片式脉动热管散热器翅片式脉动热管散热器回路脉动热管空气预热器回路脉动热管空气预热器重力热管应用热管式真空管太阳能集热器热管式真空管太阳能集热器 1.1.热管式真空管热管式真空管2.2.联集管联集管3.3.导热导热块（导热套管）块（导热套管）4.4.热管冷凝段热管冷凝段5.5.保温材料保温材料6.6.保温盒保温盒7.7.尾托架尾托架 热管式真空管太阳能集热器的性能热管式真空管太阳能集热器的性能 1 1集热效率高集热效率高 图为热管式真空管集热器与市场上性能较好的全玻璃真空管图为热管

22、式真空管集热器与市场上性能较好的全玻璃真空管集热器和平板集热器的瞬时效率测试曲线对比。通过比较可见，集热器和平板集热器的瞬时效率测试曲线对比。通过比较可见，热管真空管集热器在加热热管真空管集热器在加热5050左右热水时（归一化温差左右热水时（归一化温差0.040.040.060.06），基于采光面积和集热器进口温度的瞬时效率高于全玻璃），基于采光面积和集热器进口温度的瞬时效率高于全玻璃真空管集热器真空管集热器15%15%以上。以上。烟气余热回收烟气余热回收 由于石油、煤、天然气燃料中均含有硫由于石油、煤、天然气燃料中均含有硫,在燃烧在燃烧时时,硫氧化物的产生是必不可少的硫氧化物的产生是必不可少

23、的,它与水蒸气结合后它与水蒸气结合后即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温即形成硫酸蒸汽。当锅炉尾部受热面的金属壁面温度低于硫酸蒸汽的凝结点度低于硫酸蒸汽的凝结点(称为酸露点称为酸露点),),就会在其表就会在其表面形成液态硫酸面形成液态硫酸(称为结露称为结露)。长久以来。长久以来,省煤器等物省煤器等物体由于结露引起腐蚀体由于结露引起腐蚀,甚至还会穿孔甚至还会穿孔,这种现象时常发这种现象时常发生生,严重影响了锅炉的运行安全严重影响了锅炉的运行安全,所以目前的锅炉都所以目前的锅炉都是通过提高排烟温度来缓解结露和腐蚀现象的产生是通过提高排烟温度来缓解结露和腐蚀现象的产生,致使锅炉烟气温度很高致使锅炉烟气温度很高,从而导致大量热量散发到大从而导致大量热量散发到大气中气中,浪费资源又污染环境。浪费资源又污染环境。重力热管在烟气余热回收中的应用重力热管在烟气余热回收中的应用带翅片的重力热管带翅片的重力热管此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢