《热管基础知识》

1. 热管结构
   1. 密闭容器  不同的工作流体须选择兼容的壳体材料与之配合
   2. 毛细结构  包括铜网、纤维、沟槽、烧结
   3. 作动流体  包括水、甲醇、氨等
2. 热管工作原理

热管的基本工作原理如图所示,典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3×(10^-1~10^-4)Pa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。如此循环不已,热量由热管的一端传至另一端。

1. 热管基本特征

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热组件,具有以下基本特征:

1. 很高的导热性  热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热,热阻很小,因此具有很高的导热能力。
2. 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Clausuis-Clapeyron方程式可知,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  热管可以独立改变蒸发段或冷凝段的加热面积,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,反之亦然。这样可以改变热流密度,解决一些其它方法难以解决的传热问题。
4. 热流方向的可逆性  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它装置。
5. 热二极与热开关性能  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。
6. 恒温特性(可控热管)  普通热管的各部份热阻基本上不随加热量的变化而变,但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。
7. 环境的适应性  热管的形状可随热源和冷源的条件而变化。

 

1. 热管分类

 

 

种  类	工作介质	工作温度/℃	兼容壳体材料
低温热管	氨 氟里昂-21(CHCI2F) 氟里昂-11(CCI3F) 氟里昂-113(CCI2F．CCIF2)	-60~100 -40~100 -40~120 -10~100	铝、不锈钢、低碳钢 铝、铁 铝、不锈钢、铜 铝、铜
常温热管	已烷 丙酮 乙醇 甲醇 甲苯 水	0~100 0~120 0~130 10~130 0~290 30~250	黄铜、不锈钢 铝、铜、不锈钢 铜、不锈钢 铜、不锈钢、碳钢 不锈钢、低碳钢、低合金钢铜碳钢(内壁经化学处理)
中温热管	萘 联苯 导热姆-A 导热姆-E 汞	147~350 147~300 150~395 147~300 250~650	铝、不锈钢、碳钢 不锈钢、碳钢 铜、不锈钢、碳钢 不锈钢、碳钢、镍 奥氏体不锈钢
高温热管	钾 铯 钠 锂 银	400~1000 400~1100 500~1200 1000~1800 1800~2300	不锈钢 钛、铌 不锈钢、因康镍合金 钨、钽、钼、铌 钨、钽

 

1. 热管兼容性及寿命
   1. 热管的兼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变化,或有变化但不足以影响热管的工作性能。
   2. 造成热管不兼容的主要形式有以下三方面:
   3. 产生不凝性气体  在热管工作时,该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞,从而使有效冷凝面积减少,热阻增大,传热性能恶化。典型例子为碳钢-水热管。
   4. 工作液体热物性恶化   如甲苯、烷、烃类等有机工作液体。
   5. 管壳材料的腐蚀、溶解   这类现象常发生在碱金属高温热管中。

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