华北水利水电大学07级学生自制的课件

制作团队：07级建筑环境与设备工程

热管（HeatPipe)

主目录热管的简单介绍

热管的起源热管的工作原理热管的基本特性热管的分类热管的工程应用热管的不足之处热管的未来前景热管的简单介绍热管的简单介绍什么是热管？难道热管只是一根热的管子么？为什么热管的传热效果更好？热管(heat-pipe)

它是一种高热传导性的装置，是利用微小温度差来传送大量热能的工具。从热传递的三种方式来看（辐射、对流、传导），其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。二战之后，由於工程科学及技术的发展，对动力的需要增加。巨大的动力需要巨大的热能，而热能量必须依赖有效的传热处理！同时近二十年来航空及太空工程的发展造成许多高速物体在大气中飞行，也带来许多热传递方面的问题。

1944年美国通用发动机公司的R.S.Gaugler首次提出热管的原理。1962年L.Trefethen再次提出类似R.S.Gaugler的传热元件。1963年美国的LosAlamos国家实验室的G.M.Grover重新独立发明了类似R.S.Gaugler的传热元件，进行测试实验，公开发表了第一篇论文，并将之命名为“HeatPipe”。1965年Cotter首次提出了较完整的热管理论。1967年一根不锈钢-水热管首次被送入地球卫星轨道并成功运行，从此吸引各国科技人员深入研究，使得热管技术得以很快发展。热管的起源热管的组成

热管管壳管芯工作液1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液如图：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，液体在沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量便从一端传到了另一端！热管的工作原理

热管在实现热量转移过程中包括以下六个项互关联过程：热量从热源通过热管管壁和充满工作液的吸液芯传递到液-汽分界面；液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发；蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结；热量从汽-液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液回流到蒸发段。如图：表示了热管管内汽-液交界面形状,蒸气质量流量,压力以及管壁温度Tw和管内蒸气温度Tv沿管长的变化趋势.沿整个热管长度,汽-液交界处的汽相与液相之间的静压差都与该处的局部毛细压差相平衡。

△Pc（毛细压头）—是热管内部工作液体循环的推动力,用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降△Pv,冷凝液体从冷凝段流回蒸发段的压力降△Pl和重力场对液体流动的压力降△Pg（可以是正值,是负值或为零,视热管在重力场中的位置而定)。

因此，△Pc≥△Pl+△Pv+△Pg是热管正常工作的必要备件。

热管管内汽-液分界面形状、蒸汽质量流量、压力和温度沿管长的变化示意图热管的基本特性很高的导热性优良的导温性热流密度可变性热流方向可逆性热二极管与热开关性能恒温特性（可控热管）环境的适应性由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的分类方法有以下几种：

(1)按照热管管内工作温度区分热管可分为低温热管(—273－－－0℃)、常温热管(0—250℃)、中温热管[250－－－450℃)、高温热管(450一1000℃)等。（2)按照工作液体回流动力区分热管可分为有芯热管、相闭式热虹吸管(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、渗透热管等等。

(3)按管壳与工作液体的组合方式划分(这是一种习惯的划分方法)可分为铜—水热管、碳钢。水热管、铜钢复合—水热管、铝—丙酮热管、碳钢·荣热管、不锈钢．钠热管等等。

(4)按结构形式区分可分为普通热管、分离式热管、毛纫泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等。

(5)按热管的功用划分可分为传输热量的热管、热二极管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。热管的分类两相闭式热虹吸管旋转热管示意图分离式热管结构示意图可变导热管热阻的简化模型微型热管及小型热管（MHP）热管换热器属于热流体与冷流体互不接触的表面式换热器。典型的热管换热器如下图示热管换热器的最大特点是：结构简单，换热效率高，在传递相同热量的条件下，热管换热器的金属耗量少于其他类型的换热器；换热流体通过换热器时的压力损失比其他换热器小热管换热器因而动力消耗也小。由于冷、热流体是通过热管换热器不同部位换热的，而热管元件相互又是独立的，因此即使有某根热管失效、穿孔也不会对冷、热流体间的隔离与换热有多少影响。此外，热管换热器可以方便地调整冷热侧换热面积比，从而可有效地避免有腐蚀性气体的露点腐蚀。热管换热器的这些特点正越来越受到人们的重视，其用途亦日趋广泛。热管换热器的分类按照热流体和冷流体的状态，热管换热器可分为气·气式、气·液式、液-液式、液-气式。从热管换热器结构型式来看，热管换热器又可分为整体式、分离式、回转式和组合式

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整体式热管换热器

该换热器是由许多单根热管组成的。热管数量的多少取决于换热量的大小。图4.1(b)是一种典型的整体是热管换热器——气-气整体式热管换热器之实物照片。经过这种换热器的两种流体都是气体。为了提高气体的换热系数，往往采取在管外加翅片的方法，这样所需的热管数目大大减少。整体式热管散热器2

分离式热管换热器

主要是利用热管的分离技术，将多根分离式热管组合按实际应用现场条件组合在一起够成。具有一些常规换热器不具备的特性；

①根据现场实际情况，可灵活地布置发段和冷凝段；

②一种热流体可同时加热两种不同的冷流体安全而又可靠；

③管排内的蒸汽温度可以调整。3.回转式热管换热器

该类换热器有两个显著优点：

一是借助转动的离心力来实现工作液体循环，同时转动促使气流的搅动，增强传热，这对含尘较多的气体更为有效。

二是这类换热器兼有送风机的功能。但由于增添了转动机构使结构复杂化，另外还增加了动力消耗。回转热管换热器可分为离心式、轴流式和涡流式。回转式热管换热器4

组合式热管换热器

整体使热管换热器均由同一类型的热管所组成。而组合式热管换热器则是根据换热器所处的温度不同，而选择充有不同工作液体的热管。这样可以使大幅度的提高换热效率。热管技术被公认是一种很有价值的传热新技术，在空间技术、电器工业、核电工业、化学工业、食品工业、动力机械、工业余热回收等很多方面都得到了广泛应用。如:1、小型锅炉烟气余热回收：

将热管换热器装在锅炉排烟管道内，利用烟气余热，预热送风参加燃烧，可使用锅炉效率提高5%左右。2、作为空气预热器应用：

将干噪炉排气作为热管换热器热端的加热介质，温度由204℃降到51℃，预热所需的干燥空气，每小时可回收热量287MJ。3、用于回收余热的热管开水器：

可安装在STY-20型燃油锅炉排烟管道中，利用排烟余热，可将17℃冷水加热到98-125℃，日产开水5T，回收热量约1882MJ。热管的工程应用热管的节能技术概述

热管作为高效的传热元件，因优越的传热性能和技术特性，在工程中的应用日益普及，不仅在余热回收，节能方面取得了显著效果，而且在传统的传热传质设备更新改造及电子元件冷却等方面显示出强大的生命力；作为应用于工业节能领域的热管技术，不仅涉及热管技术本身，而且与各工业领域的工艺过程，设备状况及控制管理系统都密切相关。

热管技术之所以能广泛应用于技能领域，是因为与常规换热技术相比，具有如下的重要特点。热管换热设备较常规设备更安全，可靠，课长期连续运行。这一特点对连续性生产的工程，如化工，冶金，动力等部门具有特别重要的意义。产股换热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄漏，则将造成停产损失。与热管组成的换热设备，则是二次间壁换热，即热流要通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到冷流体，热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时破坏，素以大大增强了设备运行的可靠性。热管管壁的温度可调性热管管壁的温度可以调节在低温余热回收或热交换中是相当重要的，因为可以通过适当的热流表、能换把热管管壁温度调整在低温流体的露点以上，从而可防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。这在电站锅炉尾调整管壁温度不仅能防止烟气结露，而且也避免了烟灰上的粘结，保证锅炉长期运行，并提高了锅炉效率。冷，热锻结构和位置布置灵活

有热管组成的换热设备的受热部分和放热部分结构设计和位置布置非常灵活，课适应于各种复杂的场合。由于结构紧凑占地空间小，因此特别适合于工程改造及地面空间狭小和设备拥挤的场合，且维修工作量小。效率高

热管换热设备效率高，节能效果显著热管在显卡上的应用热管在公路上的应用热管在铁路上的应用热管电暖器气--气换热专用热管CPU散热器热管的实际应用热管的缺点，其一是，与固体导热体相比，热管的结构比较复杂，使用时还需考虑其热负荷和使用的温度范围；其二是热管中的毛细力比较小，在一般情形下还不足以完全克服重力，因此在地面使用时必然受方向的限制。热管的不足之处热管的广泛应用：一．热管技术在化工及石化领域的应用二．热管技术在建材及轻纺织工业领域的应用三．热管技术在冶金工业中的应用四．热管技术在电力电子领域的应用

热管的发展前景五．热管在航天领域的应用六.热管在内燃机上的应用七.热管在核电工程中的应用八.热管在太阳能利用中的应用九.热管在航天飞行技术中的应用

热管扎根青藏铁路热管技术应用在航天技术上，应用在石化、冶金企业中，可谁又能想到这项技术还能服务于平均海拔高度在4000米以上的青藏铁路线。然而，这已是事实。看着自己研制的技术用在国家重点工程上，南京工业大学的领导和圣诺公司的专家们为此感到自豪。

全长1142公里的青藏铁路二期工程线路中，有约550多公里长的冻土地段。气温低时冻土硬如铁，温度升高时基础层则融化松软泥泞一片，铁轨难以铺设。往岩石层上打基础桩是通常的办法，但高原冻土地段地貌复杂，很难有效地在岩石层上打桩。另外，超量打水泥桩会破坏生态，影响藏羚羊栖息的环境，而且施工成本也高。青藏铁路之所以多年前修到格尔木后再没向前延伸，其中一个重要的原因就是存在如何安全地通过冻土地段的问题。

圣诺公司的热管技术攻下了这一困扰工程进展的难题。他们运用重力热管单向导热的原理，将12米长的热管埋设在地下，温度高时地表中的热量本该将冻土变软，但埋