熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用

熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用第1頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一什么是熱管？熱管從何而來(lái)？有什么作用？熱管工作的原理是什么？有何特性？熱管跟普通的“管”有什么區(qū)別？什么是熱管換熱器？常見(jiàn)的熱管有哪些種類？如何設(shè)計(jì)熱管換熱器？我們?nèi)粘Ｉ钪杏心男﹫?chǎng)合使用了熱管換熱器？熱管換熱器的研究發(fā)展前景如何？第2頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第3頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第一章緒論一．熱管換熱器的研究背景當(dāng)今傳熱工程面臨兩大問(wèn)題：研究高絕熱材料和高導(dǎo)熱材料。

具有良好導(dǎo)熱性的材料有鋁[(λ＝202W/m?℃)]、柴銅[λ＝385W/m?℃]、和銀：λ＝410W/m?℃)]，但其導(dǎo)熱系數(shù)只能達(dá)到102W/m?℃的數(shù)量級(jí)，遠(yuǎn)不能滿足某些工程中的快速散熱和傳熱需要，熱管的發(fā)明就解決了這一問(wèn)題。熱管的相當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)可達(dá)105W/m?℃的數(shù)量級(jí)．為一般金屬材料的數(shù)百倍乃至上千倍。它可將大量熱量通過(guò)很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。由于熱管具有導(dǎo)熱性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、溫度均勻等良好性能．熱管是傳熱領(lǐng)域的重大發(fā)明和科技成果，給人類社會(huì)帶來(lái)巨大的實(shí)用價(jià)值。第4頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱管的發(fā)展史·熱管的原理首先是由美國(guó)俄亥俄州通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司的R.S.Gaugler于1944年在美國(guó)專利中提出的。

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1962年L.Trefethen再次提出類似于Gaugler的傳熱元件用于宇宙飛船，但因這種建議并未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，亦未能付諸實(shí)施。

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1967年一根不銹鋼-水熱管首次被送入地球衛(wèi)星軌道并運(yùn)行成功，從此吸引了很多科學(xué)技術(shù)工作人員從事熱管研究。·1970年在美國(guó)出現(xiàn)了供應(yīng)商品熱管的部門，熱管的應(yīng)用范圍從宇航擴(kuò)大到了地面。

·1980年美國(guó)Q-Dot公司生產(chǎn)了熱管廢熱鍋爐，日本帝人工程公司也成功地用熱管做成鍋爐給水預(yù)熱器，解決了排煙的露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。

·1984年Cotter較完整地提出了微型熱管的理論及展望，為微型熱管的研究與應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。

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70年代以來(lái)，熱管技術(shù)飛速發(fā)展，各國(guó)的科研機(jī)構(gòu)、高等院校、公司及廠礦均開展了多方面的開發(fā)、應(yīng)用研究，國(guó)際間、地區(qū)間及各國(guó)自身的熱管技術(shù)交流活動(dòng)日益頻繁。

1973年在德國(guó)斯圖加特召開了第一屆國(guó)際熱管會(huì)議后；1976年在意大利的波倫亞召開了第二屆國(guó)際熱管會(huì)議；1978年在美國(guó)加尼福利亞州召開了第三屆國(guó)際熱管會(huì)議；此后1981年在英國(guó)倫敦，1984年在日本筑波,1987在法國(guó)格林貝爾，1990年在前蘇聯(lián)明斯克，1992年在中國(guó)北京，1995年在美國(guó)新墨西哥州，1997在德國(guó)斯圖加特，1999年在日本東京，2002年在俄羅斯莫斯科，2004年在中國(guó)上海分別召開了第四至十三屆國(guó)際熱管會(huì)議；

除此之外，中日雙方從1985年至1994年分別召開了四屆雙邊及多邊熱管技術(shù)研討會(huì)；1996年在澳大利亞墨爾本召開的多邊會(huì)議正式發(fā)展為國(guó)際熱管技術(shù)研討會(huì)。

第6頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

我國(guó)于1970年開始的熱管研制工作．首先是為航天技術(shù)發(fā)展的需要而進(jìn)行的。

1976年12月7日，在衛(wèi)星上首次應(yīng)用熱管取得了成功；我國(guó)氣象衛(wèi)星也應(yīng)用了熱管，取得了預(yù)期的效果。由于我國(guó)是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，能源的中和利用水平較低，因此自80年代初我國(guó)的熱管研究及開發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)能及能源的合理利用，相繼開發(fā)了熱管氣-氣換熱器，熱管余熱鍋爐、高溫?zé)峁苷魵獍l(fā)生器，高溫?zé)峁軣犸L(fēng)爐等各類熱管產(chǎn)品。從1987到1991年．我國(guó)先后在四川、福建、北京、浙江、河北等地8臺(tái)130t／h以上電站鍋爐上應(yīng)用了大型熱管換熱器，回收煙氣余熱加熱鍋爐鼓風(fēng)空氣。我國(guó)的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的開發(fā)研究發(fā)展迅速，學(xué)術(shù)交流活動(dòng)也十分活躍，從1983年起已經(jīng)先后召開了八屆全國(guó)性的熱管會(huì)議。第7頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一.熱管的組成

第二章熱管及其特性圖2.1熱管示意圖1—管殼；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液

熱管：是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件，常用的熱管由三部分組成：主體為一根封閉的金屬管（管殼），內(nèi)部空腔內(nèi)有少量工作介質(zhì)（工作液）和毛細(xì)結(jié)構(gòu)（管芯），管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時(shí)利用了三種物理學(xué)原理：

⑴在真空狀態(tài)下，液體的沸點(diǎn)降低；

⑵同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多；

⑶多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的抽吸力可使液體流動(dòng)。從傳熱狀況看，熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段，絕熱段和冷凝段三部分。

第8頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Atraditionalheatpipeisahollowcylinderfilledwithavaporizableliquid.

A.Heatisabsorbedintheevaporatingsection.

B.Fluidboilstovaporphase.C.Heatisreleasedfromtheupperpartofcylindertotheenvironment;vaporcondensestoliquidphase.D.Liquidreturnsbygravitytothelowerpartofcylinder(evaporatingsection).國(guó)外資料:

(Fromhttp://)HeatPipesforDehumidification(除濕氣)第9頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

熱管的管殼是受壓部件，要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的材料制造。在材料的選擇上必須考慮到熱管在長(zhǎng)期運(yùn)行中管殼無(wú)腐蝕，工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生氣體。管殼材料有多種，以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多，也可用貴重金屬鈮、鉭或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來(lái)，在熱端和冷端接受和放出熱量，并承受管內(nèi)外壓力不等時(shí)所產(chǎn)生的壓力差。

熱管的管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻，襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。如右圖所示為幾種不同的管芯的結(jié)果示意圖熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)，合適的飽和壓力及沸點(diǎn)，較低的粘度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤(rùn)濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能對(duì)工作液作用并產(chǎn)生必須的毛細(xì)力。工作液還不能對(duì)毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用，否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。第10頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.熱管的工作過(guò)程如圖：當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體在沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已，熱量便從一端傳到了另一端！

在這一熱量轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，具體包含了以下六個(gè)相互關(guān)聯(lián)的過(guò)程：

（1）熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿工作液的吸液芯傳遞到液-氣分界面；

（2）液體在蒸發(fā)段的液-氣分界面上蒸發(fā)；（3）蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段；（4）蒸汽在冷凝段內(nèi)的液-氣分界面上凝結(jié)；（5）熱量從液-氣分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源；（6）在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用（或重力等）是冷凝后的工作也體回流到蒸發(fā)段。第11頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱管工作過(guò)程動(dòng)畫注意：熱管中的水會(huì)因?yàn)閮?nèi)部低壓而在100℃以下就沸騰蒸發(fā)。水蒸汽流熱量輸入液態(tài)水蒸發(fā)液體由于重力或吸附力回流水蒸汽冷凝熱量散失第12頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三.熱管的傳熱極限熱管雖然是一種傳熱性能極好的元件，但也不可能無(wú)限加大熱負(fù)荷，其傳熱能力的上限值會(huì)受到一種或幾種因素的限制，如毛細(xì)力、聲速、攜帶、冷凍啟動(dòng)、連續(xù)蒸氣、蒸氣壓力及冷凝等，因而構(gòu)成熱管的傳熱極限(或叫工作極限)。這些傳熱極限與熱管尺寸、形狀、工作介質(zhì)、吸液芯結(jié)構(gòu)、工作溫度等有關(guān)，限制熱管傳熱量的級(jí)限類型是由該熱管在某種溫度下各傳熱極限的最小值所決定的。具體來(lái)講，這些極限主要有（如圖所示）：從圖中可以看出：當(dāng)工作溫度低時(shí)，最易出現(xiàn)粘性極限及聲速極限。而在高溫下則應(yīng)防止出現(xiàn)毛細(xì)極限及沸騰極限。故熱管的工作點(diǎn)必須選擇在包絡(luò)線的下方。

第13頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一什么叫連續(xù)流動(dòng)極限？對(duì)于小熱管，如微型熱管，以及工作溫度很低的熱管，熱管內(nèi)的蒸氣流動(dòng)可能處于自由分子狀態(tài)或稀薄、真空狀態(tài)。這時(shí)，由于不能獲得連續(xù)的蒸氣流，傳熱能力將受到限制。什么叫冷凍啟動(dòng)極限？在從冷凍狀態(tài)啟動(dòng)過(guò)程中，蒸發(fā)端來(lái)得蒸氣可能在絕熱段或冷凝段再次冷凍，這將耗盡蒸發(fā)段來(lái)的工作介質(zhì)，導(dǎo)致蒸發(fā)段干涸，熱管無(wú)法正常啟動(dòng)工作。

什么叫黏性極限？

在蒸汽溫度低時(shí)，工作流體的蒸汽在熱管內(nèi)的流動(dòng)受粘性力支配，即熱管中蒸汽流動(dòng)的粘滯阻力限制了熱管的最大傳熱能力。粘性極限只與工質(zhì)物性、熱管長(zhǎng)度和蒸汽通道直徑有關(guān)，而與吸液芯的幾何形狀和結(jié)構(gòu)形式無(wú)關(guān)。什么叫聲速極限？

熱管中的蒸汽流動(dòng)類似于拉伐爾噴管中的氣體流動(dòng)。當(dāng)蒸發(fā)段溫度一定，降低冷凝段溫度可使蒸汽流速加大，傳熱量因而加大。但當(dāng)蒸發(fā)段出口汽速達(dá)到聲速時(shí)，進(jìn)一步降低冷凝段溫度也不能再使蒸發(fā)段出口處汽速超過(guò)聲速，因而傳熱量也不再增加，這時(shí)熱管的工作達(dá)到了聲速的極限。第14頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一什么叫冷凝極限?

冷凝極限指通過(guò)冷凝段汽-液交界面所能傳遞的最大熱量。熱管最大傳熱能力可能受到冷凝段冷卻能力的限制，不凝性氣體的存在降低了冷凝段的冷卻效率。什么叫沸騰極限?

熱管工作中當(dāng)其蒸發(fā)段徑向熱流密度很大時(shí)，將會(huì)使管芯內(nèi)工作液體沸騰。當(dāng)徑向熱流密度達(dá)到某一臨界值時(shí)，對(duì)于吸液芯的熱管，由于所發(fā)生的大量汽泡堵塞了毛孔，減弱或破壞了毛細(xì)抽吸作用，致使凝結(jié)液回流量不能滿足蒸發(fā)要求。什么叫攜帶極限?

熱管中蒸汽與液體的流動(dòng)方向相反，在交界面上二者相互作用，阻止對(duì)方流動(dòng)。液體表面由于受逆向蒸汽流的作用產(chǎn)生波動(dòng)，當(dāng)蒸汽速度高到能把液面上的液體剪切成細(xì)滴并把它帶到冷凝段時(shí)，液體被大量攜帶走，使應(yīng)當(dāng)通過(guò)毛細(xì)芯返回蒸發(fā)段去的液體不足甚至中斷，從而造成蒸發(fā)段毛細(xì)芯干涸，使熱管停止工作，這就達(dá)到了熱管的攜帶傳熱極限。

什么叫毛細(xì)極限?在熱管運(yùn)行中，當(dāng)熱管中的汽體液體的循環(huán)壓力降與所能提供的最大毛細(xì)壓頭達(dá)到平衡時(shí)，該熱管的傳熱量也就達(dá)到了最大值。如果這時(shí)加大蒸發(fā)量和冷凝量，則會(huì)因毛細(xì)壓頭不足使抽回到蒸發(fā)段的液體不能滿足蒸發(fā)所需要的量，以致會(huì)發(fā)生蒸發(fā)段吸液芯的干涸和過(guò)熱。導(dǎo)致殼壁溫度劇烈升高，甚至“燒毀”。第15頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四.熱管的基本特性

(1)很高的導(dǎo)熱性

熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導(dǎo)熱能力。

(2)優(yōu)良的等溫性

熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小，根據(jù)熱力學(xué)中的Clausuis-Clapeyron方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。

(3)熱流密度可變性

熱管可以獨(dú)立改變蒸發(fā)段或冷卻段的加熱面積，這樣即可以改變熱流密度。I(4)熱流方向的可逆性一根水平放置的有芯熱管，由于其內(nèi)部循環(huán)動(dòng)力是毛細(xì)力，因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。

(5)熱二極管與熱開關(guān)性能熱二極管就是只允許熱流向一個(gè)方向流動(dòng)，而不允許向相反的方向流動(dòng)；熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱。

(6)恒溫特性

普通熱管的各部分熱阻基本上不隨著熱量的變化而變化，因此熱管各部分的溫度亦加熱量變化。但可變導(dǎo)熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。

(7)環(huán)境的適應(yīng)性

熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、鉆頭、手術(shù)刀等等，熱管也可做成分離式的以適應(yīng)長(zhǎng)距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面(重力場(chǎng))，也可用于空間(無(wú)重力場(chǎng))。第16頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱管內(nèi)質(zhì)量流、壓力和溫度分布五.熱管的工作特性熱管液汽分界面的形狀（a）管起動(dòng)前的液—汽交界面（b）熱管工作時(shí)的液—汽交界面（c）吸液芯內(nèi)液—汽界面參數(shù)

對(duì)于普通熱管，其液體和蒸汽循環(huán)的主要?jiǎng)恿κ敲?xì)材料和液體結(jié)合所產(chǎn)生的毛細(xì)力。假設(shè)熱管中沿蒸發(fā)段蒸發(fā)率是均勻的，沿冷凝段冷凝率也是均勻的，則其質(zhì)量流率、壓力分布、溫度分布及彎月面曲率的分布如右上圖所示。在蒸發(fā)段內(nèi)，由于液體不斷蒸發(fā)，使汽液分界面縮回到管芯里，即向毛細(xì)孔一側(cè)下陷，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)的表面上形成彎月形凹面。而在冷凝段，蒸汽逐漸凝結(jié)的結(jié)果使液汽分界面高出吸液芯，故分界面基本上呈平面形狀，即界面的曲率半徑為無(wú)窮大(見(jiàn)右上圖上部及右下圖)。曲率半徑之差提供了使工質(zhì)循環(huán)流動(dòng)的毛細(xì)驅(qū)動(dòng)力(循環(huán)壓頭)，用以克服循環(huán)流動(dòng)中作用于工質(zhì)的重力、摩擦力以及動(dòng)量變化所引起的循環(huán)阻力。

第17頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六.熱管的相容性及壽命

熱管的相容性是指熱管在預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命內(nèi)，管內(nèi)工作液體同殼體不發(fā)生顯著的化學(xué)反應(yīng)或物理變化，或有變化但不足以影響熱管的工作性能。相容性在熱管的應(yīng)用中具有重要的意義。只有長(zhǎng)期相容性良好的熱管，才能保證穩(wěn)定的傳熱性能、長(zhǎng)期的工作壽命及工業(yè)應(yīng)用的可能性。影響熱管壽命的因素很多，歸結(jié)起來(lái)，造成熱管不相容的主要形式有以下三方面：

(1)產(chǎn)生不凝性氣體由于工作液體與管殼材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生不凝性氣體，在熱管工作時(shí)，該氣體被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來(lái)形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，熱阻增大，傳熱性能惡化。

(2)工作液體物性惡化有機(jī)工作介質(zhì)在一定溫度下，會(huì)逐漸發(fā)生分解，或與殼體材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使工作介質(zhì)改變其物理性能。

(3)管殼材料的腐蝕、溶解工作液體在管殼內(nèi)連續(xù)流動(dòng)，同時(shí)存在著溫差、雜質(zhì)等因素，使管殼材料發(fā)生溶解和腐蝕，流動(dòng)阻力增大，使熱管傳熱性能降低。當(dāng)管殼被腐蝕后，引起強(qiáng)度下降，甚至引起管殼的腐蝕穿孔，使熱管完全失效。第18頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一七.熱管關(guān)鍵技術(shù)

（1）溫度展平（均溫技術(shù)）（2）匯源分隔（3）變換熱流密度（4）熱控制(可變導(dǎo)熱管)（5）單向?qū)?熱二極管)（6）旋轉(zhuǎn)元件的傳熱(旋轉(zhuǎn)熱管)（7）微型熱管技術(shù)

（8）高溫?zé)峁芗夹g(shù)第19頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一總結(jié)：熱管技術(shù)的重要特點(diǎn)

與常規(guī)換熱技術(shù)相比，熱管技術(shù)之所以能不斷受到工程界歡迎，是因其具有如下的重要特點(diǎn)。

(1)熱管換熱設(shè)備較常規(guī)設(shè)備更安全、可靠，可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行這一特點(diǎn)對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)的工程，如化工、冶金、動(dòng)力等部門具有特別重要的意義。常規(guī)換熱設(shè)備一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過(guò)，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。由熱管組成的換熱設(shè)備，則是二次間壁換熱，即熱流要通過(guò)熱管的蒸發(fā)段管壁和冷凝段管壁才能傳到冷流體，而熱管一般不可能在蒸發(fā)段和冷凝段同時(shí)破壞，所以大大增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

(2)熱管管壁的溫度可調(diào)性熱管管壁的溫度可以調(diào)節(jié)，在低溫余熱回收或熱交換中是相當(dāng)重要的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)臒崃髯儞Q把熱管管壁溫度調(diào)整在低溫流體的露點(diǎn)以上，從而可防止露點(diǎn)腐蝕，保證設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行。這在電站鍋爐尾部的空氣預(yù)熱方面應(yīng)用得特別成功，設(shè)置在鍋爐尾部的熱管空氣預(yù)熱器，由于能調(diào)整管壁溫度不僅能防止煙氣結(jié)露，而且也避免了煙灰在管壁上的粘結(jié)，保證鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行，并提高了鍋爐效率。

(3)冷、熱段結(jié)構(gòu)和位置布置靈活由熱管組成的換熱設(shè)備的受熱部分和放熱部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和位置布置非常靈活，可適應(yīng)于各種復(fù)雜的場(chǎng)合。由于結(jié)構(gòu)緊湊占地空間小，因此特別適合于工程改造及地面空間狹小和設(shè)備擁擠的場(chǎng)合，且維修工作量。

(4)熱管換熱設(shè)備效率高，節(jié)能效果顯著。第20頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第三章熱管的分類

由于熱管的用途、種類和型式較多，再加上熱管在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和工作液體等方面各有不同之處，故而對(duì)熱管的分類也很多，常用的分類方法有以下幾種。按照工作液體回流動(dòng)力區(qū)分有芯熱管、兩相閉式熱虹吸管(又稱重力熱管)、重力輔助熱管、旋轉(zhuǎn)熱管、電流體動(dòng)力熱管、磁流體動(dòng)力熱管、滲透熱管等等。按照熱管管內(nèi)工作溫度區(qū)分有低溫?zé)峁堋⒊責(zé)峁?、中溫?zé)峁?、高溫?zé)峁艿取０凑展軞づc工作液體的組合區(qū)分有銅-水熱管、碳鋼-水熱管、鋁-丙酮熱管、碳鋼-萘熱管、不銹鋼-鈉熱管等。按照結(jié)構(gòu)形式區(qū)分有普通熱管、分離式熱管、毛細(xì)泵回路熱管、微型熱管、平板熱管、徑向熱管等。按照熱管的功用劃分有傳輸熱量的熱管、熱二極管、熱開關(guān)、熱控制用熱管、仿真熱管、制冷熱管等。第21頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一.兩相閉式熱虹吸管（Two-PhaseClosedThermal-siphon）兩相閉式熱虹吸管又稱為重力熱管，簡(jiǎn)稱熱虹吸管。其結(jié)構(gòu)和原理如右圖所示。與普通熱管原理一樣，但不同的是熱管內(nèi)沒(méi)有吸液芯，冷凝液的回流主要是靠自身的重力作用，因此，熱虹吸管的作用有一定的方向性：冷凝段位置必須高于蒸發(fā)段。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低廉、而且傳熱性能優(yōu)良、工作可靠，因此他在地面上的各類傳熱設(shè)備中都可以作為高效傳熱元件，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。兩相閉式熱虹吸管

對(duì)于兩相閉式熱虹吸管，所可能發(fā)生的傳熱極限主要是干涸極限、沸騰極限(又稱燒毀極限)和攜帶極限。干涸極限一般發(fā)生在充液量過(guò)小時(shí)。為了避免熱管工作時(shí)達(dá)到這些傳熱極限，并強(qiáng)化熱管的換熱，國(guó)內(nèi)外許多傳熱界學(xué)者對(duì)熱虹吸管內(nèi)的強(qiáng)化換熱作了許多實(shí)驗(yàn)和理論研究，也得出了很多行之有效的方法。例如：在熱虹吸管的蒸發(fā)段內(nèi)同心放置開孔抑泡管抑制該段氣泡的脫離；在冷凝段內(nèi)設(shè)置溢流同心導(dǎo)管降低該段的凝結(jié)熱阻；將熱虹吸管的內(nèi)壁加工成為軸向槽道表面提高熱虹吸管的換熱系數(shù)；在熱虹吸管內(nèi)插入同心的內(nèi)熱虹吸管；在熱虹吸管內(nèi)插入一根同軸多孔管——流動(dòng)分離器，強(qiáng)化內(nèi)部傳熱。第22頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二.旋轉(zhuǎn)熱管旋轉(zhuǎn)熱管的概念是由Gray于1969年首次提出的，他分析了旋轉(zhuǎn)熱管較普通熱管具有更強(qiáng)的傳熱能力。旋轉(zhuǎn)熱管的顯著特征是熱管自身是旋轉(zhuǎn)件，因而可以用于所有需要冷卻散熱的旋轉(zhuǎn)零部件，如電機(jī)轉(zhuǎn)子，發(fā)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸等的冷卻，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

旋轉(zhuǎn)熱管為一密閉的空心軸(管)，此空心軸內(nèi)腔具有一定初始真空度，并充有少量工作液。內(nèi)腔的形狀可以是空心圓柱形、空心內(nèi)錐形成圓柱臺(tái)階形。上圖為一錐形空腔的旋轉(zhuǎn)熱管工作原理簡(jiǎn)圖。在高轉(zhuǎn)速下，工作液覆蓋在空腔的內(nèi)壁面上，并形成一層環(huán)狀液膜。旋轉(zhuǎn)熱管的一端由于被加熱，該處液體蒸發(fā)、液膜變薄，所產(chǎn)生的蒸汽流到另一端(冷卻端)。蒸汽在冷卻端放出潛熱而凝結(jié)成液體。在熱管的旋轉(zhuǎn)作用下液體受到一離心力，這一離心力沿錐面的分力使這些冷凝液沿錐面流回到蒸發(fā)段。這樣連續(xù)地循環(huán)就完成了把熱量從加熱段輸送到冷卻段的過(guò)程。

從傳熱性能來(lái)看，旋轉(zhuǎn)熱管沒(méi)有吸液芯，因此不存在毛細(xì)極限，并且在熱流回路中間少了由于吸液芯引起的熱阻。旋轉(zhuǎn)熱管內(nèi)部空腔較大，蒸汽流速不高，不易產(chǎn)生聲速極限，因此，其傳熱極限主要為：冷凝極限、攜帶極限和沸騰極限。第23頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三.分離式熱管

分離式熱管結(jié)構(gòu)示意圖分離式熱管的結(jié)構(gòu)如左圖所示，其蒸發(fā)段和冷凝段是分開的，通過(guò)蒸汽上升管和液體下降管連通形成一個(gè)自然循環(huán)回路。工作時(shí)，在熱管內(nèi)的工質(zhì)匯集在蒸發(fā)段，蒸發(fā)段受熱后，工質(zhì)蒸發(fā)，產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)蒸汽上升管到達(dá)冷凝段釋放出潛熱而凝結(jié)成液體，在重力作用下，經(jīng)液體下降管回到蒸發(fā)段，如此循環(huán)往復(fù)運(yùn)行。分離式熱管的冷凝段必須高于蒸發(fā)段，液體下降管與蒸汽上升管之間會(huì)形成一定的密度差，這個(gè)密度差所能提供的壓頭與冷凝段和蒸發(fā)段的高度差密切相關(guān)，它用以平衡蒸汽流動(dòng)和液體流動(dòng)的壓力損失，維系著系統(tǒng)的正常運(yùn)行而不再需要外加動(dòng)力。分離式熱管既有經(jīng)典熱管的共性——兩相流動(dòng)、相變傳熱、自然循環(huán)等，同時(shí)也具有鮮明的個(gè)性——管內(nèi)汽液兩相同向流動(dòng)。分離式熱管內(nèi)蒸汽與液體通向流動(dòng)，故不存在攜帶極限，限制其傳熱能力的主要極限為燒干極限、聲速極限和冷凝極限。適當(dāng)加大其沖液量，加大蒸汽上升管的管徑或增加蒸汽上升管的個(gè)數(shù)等方法可以適當(dāng)消除這些極限的影響。

分離式熱管最大的特點(diǎn)是冷凝段和蒸發(fā)段可以較遠(yuǎn)距離安裝，從而使得冷熱流體完全隔離，避免了相互滲漏的問(wèn)題，安全性能較經(jīng)典熱管大為提高。第24頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一四.可變導(dǎo)熱管

可變導(dǎo)熱管熱阻的簡(jiǎn)化模型

普通熱管的工作溫度是由熱源和熱匯的條件確定的，因此，改變熱負(fù)荷或蒸發(fā)段的溫度就將引起熱管工作溫度的改變。對(duì)于普通熱管來(lái)說(shuō)，其導(dǎo)熱率接近一個(gè)常量。然而在某些應(yīng)用場(chǎng)合，需要冷凝段(或蒸發(fā)段)的溫度隨著熱負(fù)荷的變化而保持不變，因而利用熱管的熱可控性產(chǎn)生了可變導(dǎo)熱管(Variableconductanceheatpipe，VCHP)。

可變導(dǎo)熱管的基本原理如右圖所示，這是簡(jiǎn)化了的熱管基本熱阻模型。在這個(gè)模型中，Re表示熱源與熱管內(nèi)蒸汽之間所有熱阻之和，Rc表示熱管因蒸汽流動(dòng)等因素引起的熱阻，Rv表示熱管內(nèi)蒸汽與熱匯之間所有熱阻之和。任意一項(xiàng)熱阻的變化，將導(dǎo)致總熱導(dǎo)的改變，熱管的傳熱率也將發(fā)生變化。

可變導(dǎo)熱管可以分成兩大類：第一類為隨著熱源溫度或熱流率的變化，保持熱管的工作溫度不變；另一類為保持熱源溫度不變。第25頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一五.微型熱管及小型熱管（MHP）

微型熱管橫截面示意圖隨著集成芯片中電路數(shù)目的增加，其產(chǎn)生熱量的散逸變得越來(lái)越困難，除了最高芯片溫度的限制外，對(duì)溫度均勻性也有更高的要求，因而熱力特性是電子產(chǎn)品開發(fā)、研制中非常重要的技術(shù)，且直接影響到最終產(chǎn)品的成本、可靠性和表觀。微型熱管作為一項(xiàng)很有前途的技術(shù)，可用于計(jì)算機(jī)芯片以獲得高的熱量導(dǎo)出率及溫度均勻化。隨著熱管尺寸的減小，微型熱管遇到了蒸汽連續(xù)流動(dòng)極限。此極限限制了微型熱管在低溫狀態(tài)下的工作。如果熱管工作在較高的工溫度下，此極限為暫時(shí)的，隨著熱管溫度升高將會(huì)消失。除了蒸汽連續(xù)自流動(dòng)極限外，微型熱管還將遇到常規(guī)熱管的操作極限。如毛細(xì)極限，沸騰極限等幾種常見(jiàn)的傳熱極限。

定義：微型熱管被為液汽交界面的平均曲率在數(shù)量上和液體總流通截面水力半徑的倒數(shù)相當(dāng)?shù)囊环N熱管。典型的微型熱管有凸面、銳角的截面(例如多邊形)，水力半徑范圍為10～500μm。其典型橫截面形狀如上圖所示。對(duì)于小型熱管，其最小截面直徑為1mm數(shù)量級(jí)，由于這種熱管的體積不是很小，所以和常規(guī)熱管的差別不是非常明顯。在小型熱管內(nèi)部往往加吸液芯結(jié)構(gòu)，較為常見(jiàn)的是金屬燒結(jié)吸液芯結(jié)構(gòu)、絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)、干道結(jié)構(gòu)、內(nèi)槽道結(jié)構(gòu)等。第26頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一六.毛細(xì)泵回路

熱管作為高效的傳熱元件已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，然而在地面上，如果熱管的蒸發(fā)段位于冷凝段之上，其傳熱能力就將受到限制，毛細(xì)泵回路(CPL-CapillaryPumpedLoop)可以解決這一問(wèn)題，其基本工理與普通熱管的基本原理相似，但其可處于任何位置長(zhǎng)距離有效換熱。其概念首先是由美國(guó)NASALewis研究中心的Stenger于1966年提出的，可有效地用于小溫差、長(zhǎng)距離、無(wú)附加動(dòng)力的熱量回收，也可用于航天器的熱管理系統(tǒng)，并可能使大型航天器的熱管理系統(tǒng)出現(xiàn)巨大的變革。毛細(xì)泵回路以其獨(dú)特的工作方式工作，具有以下工作特點(diǎn)：(1)具有較高的傳熱能力(2)具有優(yōu)良的控溫特性(3)熱分享特性(4)壓力灌注特性(5)熱二極管特性

毛細(xì)泵回路的研究已經(jīng)成為目前研究的熱點(diǎn)之一，它在空間站、現(xiàn)代通訊衛(wèi)星、大功率宇宙飛船、電子元器件的冷卻方面都有著廣闊的應(yīng)用前景。第27頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一各種類型的換熱器對(duì)比總結(jié)參數(shù)熱管類型是否有吸液芯液體回流動(dòng)力傳熱極限常用場(chǎng)合兩相閉式熱管無(wú)重力干涸極限、沸騰極限、攜帶極限常用于熱源在冷源下方的情況旋轉(zhuǎn)熱管無(wú)離心力冷凝極限、攜帶極限、沸騰極限所有需要冷卻散熱的旋轉(zhuǎn)零部件分離式熱管無(wú)重力燒干極限、聲速極限、冷凝極限需要嚴(yán)格避免冷熱流體相互滲漏的場(chǎng)合可變導(dǎo)熱管有些有毛細(xì)力或其他燒干極限、攜帶極限、冷凝極限需要冷凝段(或蒸發(fā)段)的溫度不隨熱負(fù)荷變化而變的場(chǎng)合微型熱管及小型熱管有毛細(xì)力毛細(xì)極限、沸騰極限電子產(chǎn)品等毛細(xì)泵回路有毛細(xì)力毛細(xì)極限等航空領(lǐng)域，電子元器件等第28頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第四章熱管換熱器

熱管換熱器屬于熱流體與冷流體互不接觸的表面式換熱器。典型的熱管換熱器如下圖4.1a所示。熱管換熱器的最大特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器；換熱流體通過(guò)換熱器時(shí)的壓力損失比其他換熱器小，因而動(dòng)力消耗也小。由于冷、熱流體是通過(guò)熱管換熱器不同部位換熱的，而熱管元件相互又是獨(dú)立的，因此即使有某根熱管失效、穿孔也不會(huì)對(duì)冷、熱流體間的隔離與換熱有多少影響。此外，熱管換熱器可以方便地調(diào)整冷熱側(cè)換熱面積比，從而可有效地避免有腐蝕性氣體的露點(diǎn)腐蝕。熱管換熱器的這些特點(diǎn)正越來(lái)越受到人們的重視，其用途亦日趨廣泛。圖4.1a熱管換熱器示意圖b氣-氣熱管換熱器實(shí)物照片第29頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱管換熱器的分類按照熱流體和冷流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為氣·氣式、氣·液式、液-液式、液-氣式。從熱管換熱器結(jié)構(gòu)型式來(lái)看，熱管換熱器又可分為整體式、分離式、回轉(zhuǎn)式和組合式。

1整體式熱管換熱器

該換熱器是由許多單根熱管組成的。熱管數(shù)量的多少取決于換熱量的大小。圖4.1(b)是一種典型的整體是熱管換熱器——?dú)?氣整體式熱管換熱器之實(shí)物照片。經(jīng)過(guò)這種換熱器的兩種流體都是氣體。為了提高氣體的換熱系數(shù)，往往采取在管外加翅片的方法，這樣所需的熱管數(shù)目大大減少。4組合式熱管換熱器整體使熱管換熱器均由同一類型的熱管所組成。而組合式熱管換熱器則是根據(jù)換熱器所處的溫度不同，而選擇充有不同工作液體的熱管。這樣可以使大幅度的提高換熱效率。3.回轉(zhuǎn)式熱管換熱器該類換熱器有兩個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)：一是借助轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力來(lái)實(shí)現(xiàn)工作液體循環(huán)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)促使氣流的攪動(dòng)，增強(qiáng)傳熱，這對(duì)含塵較多的氣體更為有效。二是這類換熱器兼有送風(fēng)機(jī)的功能。但由于增添了轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，另外還增加了動(dòng)力消耗。回轉(zhuǎn)熱管換熱器可分為離心式、軸流式和渦流式。2分離式熱管換熱器主要是利用熱管的分離技術(shù)，將多根分離式熱管組合按實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)條件組合在一起夠成。具有一些常規(guī)換熱器不具備的特性；①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可靈活地布置發(fā)段和冷凝段；②一種熱流體可同時(shí)加熱兩種不同的冷流體安全而又可靠；⑧管排內(nèi)的蒸汽溫度可以調(diào)整。第30頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第五章．熱管及熱管換熱器設(shè)計(jì)一．熱管設(shè)計(jì)在進(jìn)行熱管設(shè)計(jì)前，首先應(yīng)該確定以下因素：①熱管管內(nèi)工作液體的選擇；②熱管管內(nèi)管內(nèi)吸液芯結(jié)構(gòu)形式；③熱管的工作溫度，以及工作情況下熱管內(nèi)部工作液體的飽和蒸汽溫度；④熱管管殼材料的選擇。一般說(shuō)來(lái)，這與設(shè)計(jì)的目的有關(guān)。,不同的應(yīng)用場(chǎng)合，熱管的設(shè)計(jì)要求截然不同。第31頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱管的設(shè)計(jì)計(jì)算通常按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：①管徑設(shè)計(jì)管徑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本原則就是管內(nèi)的蒸汽速度不超過(guò)一定的極限值，這個(gè)極限值就是在蒸汽通道中最大馬赫數(shù)不能超過(guò)0.2，這時(shí)蒸汽流動(dòng)可以被認(rèn)為是不可壓縮的流體流動(dòng)，軸向溫度梯度很小，可以忽略不計(jì)。②管殼設(shè)計(jì)熱管部工作時(shí)，一般處于負(fù)壓狀態(tài)（低溫?zé)峁艹猓?，外界壓力一般為大氣壓力，故可以不考慮管殼失穩(wěn)的問(wèn)題，因而管殼的設(shè)計(jì)主要從強(qiáng)度考慮。管殼壁厚由強(qiáng)度計(jì)算所得壁厚加上腐蝕裕度得出，端蓋則可以按照平板的設(shè)計(jì)較容易的設(shè)計(jì)。③吸液芯設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)吸液芯的依據(jù)是毛細(xì)極限的計(jì)算。④毛細(xì)極限的檢驗(yàn)⑤驗(yàn)算驗(yàn)算攜帶極限、沸騰極限，最后核算Re數(shù)，驗(yàn)算是否為層流流動(dòng)。第32頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一對(duì)于重力式鋼-水熱管有如下規(guī)格可供參考：

項(xiàng)目規(guī)格基管公稱直徑D/mm2532384248（51）基管壁厚δ/mm2-32.5-43.5-5.翅片厚S/mm0.8-2.0翅片高h(yuǎn)/mm

1012.514161820節(jié)距t/mm5-20總長(zhǎng)L/mm≤10000各區(qū)段長(zhǎng)由設(shè)計(jì)決定注：本標(biāo)以外規(guī)格可由需方提出商定重力式鋼-水熱管的生產(chǎn)制造符合DG1015-94標(biāo)準(zhǔn)第33頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二．熱管換熱器設(shè)計(jì)熱管換熱器的計(jì)算目前已經(jīng)通過(guò)計(jì)算機(jī)程序化，其主要內(nèi)容包括兩部分：換熱器的熱力計(jì)算和熱管的極限校核。設(shè)計(jì)者只要根據(jù)工程的設(shè)計(jì)條件，輸入原始參數(shù)即可得到設(shè)計(jì)結(jié)果。然而，熱管換熱器與其他通用換熱器不同，它對(duì)工程的實(shí)際情況比較敏感，即通用性不強(qiáng)。在許多情況下，計(jì)算機(jī)程序計(jì)算的結(jié)果并不完全合理，必須作合理的調(diào)整，因而全面了解熱管換熱器的基本設(shè)計(jì)知識(shí)及計(jì)算方法仍然非常必要。熱管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算的主要任務(wù)在于求出總傳熱系數(shù)U，然后根據(jù)平均溫差及熱負(fù)荷求得總傳熱面積A，從而定出管子數(shù)量。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須認(rèn)真考慮一下幾點(diǎn)（以氣-氣換熱器為例）：2．選擇適當(dāng)?shù)某崞軈?shù)根據(jù)設(shè)計(jì)條件，對(duì)不同類型的換熱器體應(yīng)選擇合適的翅片管參數(shù)。對(duì)潔凈氣體可選擇較密的翅片間距和較薄較高的翅片；對(duì)含塵奪得或有腐蝕性的氣體則應(yīng)選擇間距較寬，翅片較厚較低的翅片管管的壁厚也應(yīng)稍厚以抗腐蝕和磨損，下表為工業(yè)常用的規(guī)格參數(shù)，可供設(shè)計(jì)參考。1．選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)迎面風(fēng)速熱管換熱器設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一條重要原則，即把迎面風(fēng)速（標(biāo)況）限制在2-3m/s的范圍內(nèi)，風(fēng)速過(guò)高將導(dǎo)致壓力將過(guò)大和動(dòng)力消耗增加，風(fēng)速過(guò)低會(huì)導(dǎo)致關(guān)外膜傳熱系數(shù)降低，管子的傳熱能力的不到充分發(fā)揮。第34頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一3．重視原始設(shè)計(jì)參數(shù)的核實(shí)及計(jì)算公式的驗(yàn)證熱管換熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)特別重視原始設(shè)計(jì)參數(shù)，因?yàn)橐话阕鳛橛酂峄厥赵O(shè)備通常是在已運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)中作為附加設(shè)備設(shè)計(jì)的，因此對(duì)前后設(shè)備的影響要求頗為嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)原始參數(shù)（氣溫、氣量）必須精確測(cè)定。根基場(chǎng)地情況、系統(tǒng)的要求（壓降、溫降），選擇合適的結(jié)構(gòu)。使用場(chǎng)合參數(shù)參數(shù)空調(diào)及一般行業(yè)工業(yè)大型裝置備注管長(zhǎng)/mm610-48803000-60001-1.2多為有色金屬煙氣側(cè)，一般3-6管子外徑/mm8-25.432-51壁厚/mm1-1.2,1.652.5-6翅片數(shù)/（片/mm）8,11,143或6翅片高度/mm12.5-1415，25翅片厚度/mm0.17-0.581.27-2管排數(shù)3,4,5,6,76,7,12管子排列方式錯(cuò)列（多）順列（少）第35頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第六章．熱管制造過(guò)程簡(jiǎn)介熱管的主要零部件為管殼、端蓋（封頭）、吸液芯、腰板（連接密封件）四部分。管殼

熱管的管殼大多數(shù)為金屬無(wú)縫鋼管，根據(jù)不同的應(yīng)用需要可以采用不同的材料。管子可以多種不同形狀。管徑可以從2mm到200mm，甚至更大。長(zhǎng)度可以是從幾毫米到100米以上。工業(yè)熱管換熱器所采用的管子一般為標(biāo)準(zhǔn)尺寸的無(wú)縫鋼管。低溫?zé)峁軗Q熱器的管材一般為銅或鋁，滿足與工作液體相容性的要求。對(duì)于以水為工作液體的熱管換熱器常采用內(nèi)部為銅管外部為鋼管的復(fù)合管，這樣既滿足了管子的強(qiáng)度、剛度又使其具有了很強(qiáng)的抗腐蝕能力。但在后來(lái)解決了碳鋼-水不相容的問(wèn)題后，碳鋼-水熱管逐漸取代了復(fù)合熱管，并已經(jīng)大量應(yīng)用取得了很好的效果。端蓋

熱管的端蓋具有多種結(jié)構(gòu)形式，它與熱管的連接方式也因結(jié)構(gòu)形式而異。第36頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一密封隔板

密封隔板是指隔開冷、熱氣流通道的密封裝置。用于熱管換熱器的熱管一般是由帶翅片的熱管組成，當(dāng)帶翅片的熱管穿過(guò)中央管板時(shí)，翅片管與管板之間便形成了一個(gè)特殊結(jié)構(gòu)。由于管子較多，管子一般很小，又要便于安裝和拆卸，因此這種密封技術(shù)具有一定的特殊性，設(shè)計(jì)也較困難。根據(jù)不同的使用場(chǎng)合，密封程度也有很大的不同，因此結(jié)構(gòu)也相差很大。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)制造成本，采用合理的密封結(jié)構(gòu)，提高工效、降低成本。吸液芯結(jié)構(gòu)吸液芯是一個(gè)重要的組成部分。吸液芯的結(jié)構(gòu)形式直接影響到熱管和熱管換熱器的性能。近年來(lái)熱管技術(shù)得到了快速的發(fā)展，各種形式的吸液芯液得到了廣泛的應(yīng)用。常用的有：網(wǎng)狀吸液芯、溝槽吸液芯、線狀吸液芯、螺旋狀吸液芯、不等寬槽吸液芯、不等厚吸液芯、干道吸液芯等。吸液芯的支撐結(jié)構(gòu)

蛇行彈簧是吸液芯常用的支撐結(jié)構(gòu),它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝容易，效果良好。常用圓鋼絲或扁剛絲制成。第37頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一熱管制造工藝熱管質(zhì)量的好壞，在很大程度上決定與熱管的制造方法，以及在制造過(guò)程中對(duì)各道工序質(zhì)量控制的松嚴(yán)程度。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于工作溫度為50-200oC的熱管，器制造工藝比較簡(jiǎn)單，主要包括化學(xué)清洗、機(jī)械加工、惰性氣體保護(hù)焊、管殼的檢漏、高真空的獲得、封口測(cè)試等主要過(guò)程。對(duì)于工作溫度在300oC以上或50oC以下的熱管，器制造過(guò)程比較復(fù)雜，因?yàn)榈蜏亟橘|(zhì)的處理、高溫介質(zhì)的精餾已級(jí)管道閥門的密封都有很高的要求。下圖為熱管換熱器的制造工藝流程圖：第38頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第七章．熱管的應(yīng)用熱管技術(shù)被公認(rèn)是一種很有價(jià)值的傳熱新技術(shù)，在空間技術(shù)、電器工業(yè)、核電工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)、動(dòng)力機(jī)械、工業(yè)余熱回收等很多方面都得到了廣泛應(yīng)用。如:1、小型鍋爐煙氣余熱回收：將熱管換熱器裝在鍋爐排煙管道內(nèi)，利用煙氣余熱，預(yù)熱送風(fēng)參加燃燒，可使用鍋爐效率提高5%左右。3、用于回收余熱的熱管開水器：可安裝在STY-20型燃油鍋爐排煙管道中，利用排煙余熱，可將17oC冷水加熱到98-125oC，日產(chǎn)開水5T，回收熱量約1882MJ。2、作為空氣預(yù)熱器應(yīng)用：將干噪爐排氣作為熱管換熱器熱端的加熱介質(zhì)，溫度由204oC降到51oC，預(yù)熱所需的干燥空氣，每小時(shí)可回收熱量287MJ。第39頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一一．熱管技術(shù)在化工及石化領(lǐng)域的應(yīng)用熱管及熱管換熱器近年來(lái)在石油化工領(lǐng)域中的應(yīng)用已愈來(lái)愈受人們的重視，它具有體積緊湊、壓力降小、可以控制露點(diǎn)腐蝕、一段破壞不會(huì)引起兩相流互混等優(yōu)點(diǎn)，提高的設(shè)備的運(yùn)行效率和可靠性。它在石化領(lǐng)域的應(yīng)用可謂是無(wú)所不在，如下所示為熱管換熱器在該領(lǐng)域的部分應(yīng)用場(chǎng)合：

在合成氨工業(yè)中：

回收低溫余熱余熱助燃空氣，或生產(chǎn)低壓蒸汽作為原料；回收高溫余熱產(chǎn)生中壓蒸汽作原料蒸汽的補(bǔ)充，或生產(chǎn)高壓蒸汽作為生產(chǎn)的動(dòng)力源；控制固定床催化反應(yīng)器的化學(xué)反應(yīng)溫度，使其向最佳反映溫度曲線無(wú)限逼近，從而提高合成氨的效率。在硫酸工業(yè)中：

沸騰焙燒爐沸騰層內(nèi)的余熱回收；沸騰焙燒爐沸騰層內(nèi)的余熱回收；SO2爐氣余熱回收；SO3氣體冷卻器；在鹽酸、硝酸工業(yè)中也同樣有大量的應(yīng)用在石化領(lǐng)域應(yīng)用更是廣泛：

熱管裂解爐；熱管乙苯脫氫反映器；熱管氧化反應(yīng)器；催化裂化再生取熱器；

…………

第40頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一二．熱管技術(shù)在建材及輕紡織工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

建材行業(yè)如水泥、陶瓷等工業(yè)都要消耗大量的能量，以陶瓷為例，據(jù)統(tǒng)計(jì)，能源費(fèi)占生產(chǎn)總成本的40%以上。開發(fā)新型高效節(jié)能設(shè)備將極大的促進(jìn)此行業(yè)的發(fā)展。80年代國(guó)內(nèi)的許多單位應(yīng)用熱管換熱技術(shù)回收陶瓷、水泥生產(chǎn)中排放的余熱取得了良好的節(jié)能效果，90年代高溫?zé)峁芗夹g(shù)的工業(yè)開發(fā)應(yīng)用獲得成功，這些都為熱管技術(shù)的工業(yè)推廣打下了良好的基礎(chǔ)。如下是近年來(lái)熱管技術(shù)在建材、輕工業(yè)中成功應(yīng)用的一些實(shí)例：

高嶺土噴霧干燥熱風(fēng)爐； 十二醇硫酸鈉噴霧干燥； 玻璃窯爐的余熱回收； 水泥生產(chǎn)工業(yè)中的回轉(zhuǎn)窯冷卻機(jī)的余熱利用、廢尾氣余熱利用、懸浮預(yù)熱機(jī)、烘干機(jī)等熱工設(shè)備； 陶瓷窯爐的隧道窯煙道氣余熱利用； 電瓷廠遂道窯冷卻帶余熱利用； 紡織工業(yè)中的熱定型機(jī)余熱回收利用、漿紗機(jī)的余熱回收等。第41頁(yè)，共45頁(yè)，2023年，2月20日，星期一三．熱管技術(shù)在冶金工業(yè)中的應(yīng)用

冶金工業(yè)也是耗能大戶，不論是有色冶金或黑色冶金工業(yè)都存在大量的節(jié)能問(wèn)題。以鋼鐵企業(yè)為例，焦?fàn)t、高爐及煉鋼工序均有相當(dāng)數(shù)量的余熱未能回收利用。余熱的溫度最高可達(dá)1600oC，熱能的形態(tài)有固體、氣體、液體，其中最多的為間隙排放，因此給余熱回收帶來(lái)了一定的難度。由于熱管的眾多特點(diǎn)，特別