熱管定義及其優(yōu)越性
2016-1-19 15:47:31
1. 熱管定義及熱管原理
熱管（heat pipe），按較精確的定義，應(yīng)稱之謂“封閉兩相傳熱系統(tǒng)”，即在一個封閉的體系內(nèi)，依*流體的相態(tài)變化（液相變?yōu)槠嗷蚱嘧優(yōu)橐合啵﹣韨鬟f熱量的裝置。眾所周知，當(dāng)某種介質(zhì)由液相變?yōu)槠啵ㄈ缢舭l(fā)或沸騰）時，會吸收熱量；而當(dāng)介質(zhì)由汽相變?yōu)橐合啵ㄈ缯羝哪Y(jié)）時，會放出熱量。將這兩種過程巧妙地結(jié)合在一起，并置于封閉的容器內(nèi)，就構(gòu)成了一個先進的傳熱元件---熱管了。熱管的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。一個園筒狀的容器，內(nèi)部襯以多孔性的材料，將容器內(nèi)部抽成某種程度的真空，然后注入一定量的液體（介質(zhì)）并將容器密封起來。這樣，一支熱管就做成了。
圖1 熱管的典型結(jié)構(gòu)和工作原理
如果將熱管的一端加熱，另一端冷卻，中間用隔板或絕熱材料將二者分開，這樣，熱管內(nèi)部將開始兩相傳熱過程。加熱段的介質(zhì)會沸騰或蒸發(fā)，吸收汽化潛熱，由液體變?yōu)檎羝?。產(chǎn)生的蒸汽在管內(nèi)一定壓差的作用下，流動到冷卻段，蒸汽遇到冷的壁面會凝結(jié)成液體，同時放出汽化潛熱，通過管壁傳給外面的冷源。冷凝下來的液體依*管內(nèi)壁的多孔材料所產(chǎn)生的毛細管力再回流到加熱段，重新開始蒸發(fā)吸熱過程。這樣，通過管內(nèi)介質(zhì)的連續(xù)相變，完成了熱量的連續(xù)轉(zhuǎn)移。
當(dāng)熱管在地面上應(yīng)用時，可以讓重力來幫助凝液回流，這時，就不需要管內(nèi)吸液芯了，只要將熱管傾斜放置或垂直放置，讓加熱段在下方，冷卻段在上方就可以了。這樣的熱管叫重力輔助熱管或重力熱管。下面講述的熱管換熱器，絕大部分用的都是重力熱管。
如果將熱管的一端加熱，另一端冷卻，中間用隔板或絕熱材料將二者分開，這樣，熱管內(nèi)部將開始兩相傳熱過程。加熱段的介質(zhì)會沸騰或蒸發(fā)，吸收汽化潛熱，由液體變?yōu)檎羝?。產(chǎn)生的蒸汽在管內(nèi)一定壓差的作用下，流動到冷卻段，蒸汽遇到冷的壁面會凝結(jié)成液體，同時放出汽化潛熱，通過管壁傳給外面的冷源。冷凝下來的液體依*管內(nèi)壁的多孔材料所產(chǎn)生的毛細管力再回流到加熱段，重新開始蒸發(fā)吸熱過程。這樣，通過管內(nèi)介質(zhì)的連續(xù)相變，完成了熱量的連續(xù)轉(zhuǎn)移。
當(dāng)熱管在地面上應(yīng)用時，可以讓重力來幫助凝液回流，這時，就不需要管內(nèi)吸液芯了，只要將熱管傾斜放置或垂直放置，讓加熱段在下方，冷卻段在上方就可以了。這樣的熱管叫重力輔助熱管或重力熱管。下面講述的熱管換熱器，絕大部分用的都是重力熱管。
2. 熱管的優(yōu)越性
傳熱性能優(yōu)越。由于管內(nèi)是高效的相變傳熱，其相當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)是銅的幾十倍，甚至幾百倍，故有超導(dǎo)熱體之稱。如果將一支熱管和一支同樣尺寸的銅棒同時插入80—90度的熱水中，在最初的時刻，如果您敢用手摸一下銅棒，您卻不敢觸摸燙手的熱管，因為熱管具有良好的等溫性，熱管上部的溫度幾乎與熱水相同。每支熱管都是一個獨立的傳熱元件，可做成不同的形狀和結(jié)構(gòu)，適用于不同的應(yīng)用場合。熱管的加熱段和冷卻段，都是管外換熱，容易處理換熱面的積灰和腐蝕。 通過改變介質(zhì)和管材，可用于不同溫度下的傳熱。此外熱管還具有安裝、拆卸、更換、維護方便等優(yōu)點。