常见热管的结构介绍VIP免费

1第一章常见热管的结构介绍热管是依靠封闭管壳内工质相变来实现传热的元件，它具有优良的等温性、热流密度可变性、很高的导热性、热流方向的可逆性、恒温性、热二极管与热开关性以及很好的环境适应性等基本特性[29]。热管的这些优良特性使其应用潜力极其广阔，随着热管种类的不断增加，热管结构也变得越来越复杂。经过几十年的发展，热管结构由单根热管演变出多根热管组成的换热器，再由整体式热管换热器逐渐演变出分离式热管换热器、毛细泵回路热管和脉动热管，在分离式热管换热器的基础上又演变出热环系统、复杂热管系统和两相流分离式热管。基于有无外加机械动力因素，可以把热管分为无外加动力型热管和机械动力驱动型热管。下文中将分别作介绍这几种热管。1.1无外加动力型热管1.1.1普通热管图1.1热管管内汽-液交界面质量流、压力和温度沿管长的变化示意图热管在制造时需对管内抽真空，以消除杂质对热管性能的不利影响，真空度可达到1.3×（10-1~10-4）Pa，管内充以适量的工作液体使毛细吸液芯中充满液体后密封绝热段作为蒸汽通道的不工作部分并不承担传热任务，而是为了分开冷、热源并使热管能适应任意需要的几何形状布置而设置的。沿整个热管长度，气液交界处的气相和液相之间的静压差与该处的局部毛细压差相平衡，所以热管正常工作的必要条件是：△pc≥△pl+△pv+△pg式中△pc——毛细压头是热管内部工作液体循环的推动力，以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——△pg视热管在重力场中的位置而定，可以是正值、负值或为零。热管虽是一种传热性能极好的元件，热管传热能力的上限值会受到一种或几种因素的限制，称为热管的传热极限或工作极限。这些极限主要有毛细力、声速、携带、沸腾、冷冻启动、连续蒸汽、蒸汽压力及冷凝极限等等[32]。1.1.2分离式热管国外分离式热管换热器的研制开始于20世纪80年代l1l。这种换热器可实现远距离传热，避免大直径烟风道迁移;可实现一种流体与多种流体间的换热;具有良好的密封性能;方便顺逆流混合布置;大幅调整蒸发段与冷凝段的面积比还可2使冷热流体完全隔开;适用于换热装置大型化等优点。因此，很快引起了我国科技工作者的重视，并进行了广泛的基础理论和工程应用研究。{23}分离式热管中探索研究和应用最广泛的属重力型分离式热管(以下称为分离式热管)，其中，中科院工程热物理研究所与上海711研究所一起进行了有关分离式热虹吸管组的换热特性研究;上海海运学院研究了分离式热管换热器系统的模型实验;东北工学院针对分离式热管元件随着热管的应用进一步深入换热器在大型化的发展，如在化工、电站、炼铁等工业部门，要从大量的烟气中回收废热和余热，有时为了保证安全，不允许各种流体之间相互渗漏，传统的热管换热器在总体布置方式和辅助循环设备方面都受到相当大的制约，因此基于上述原因，学者们研究开发了分离式热管。图1.2为分离式热管结构示意图。蒸发段、蒸汽上升管、冷凝段和液体下降管是构成分离式热管包括四部分：。蒸发段与冷凝段相互是分开的，两个换热器通过蒸汽上升管与液体下降管进行连接，构成一个自然回路循环。系统工作时，对热管进行抽真空并加入一定量的工质，当这些工质汇集于蒸发段并受热后，工质蒸发，伴随内部蒸发压力升高，使产生的较高压蒸汽通过蒸汽上升管到达冷凝段并释放出气化潜热而被冷凝成液体，重力作用下，冷凝液体经液体下降管重新回到蒸发段，如此实现循环往复运行。由于一般不在蒸发段加入吸液芯，冷凝液依靠重力作用回流，所以分离式热管系统的冷凝段必须保证高于蒸发段。蒸汽上升管与液体下降管之间的密度差产生压头以平衡工质流动的压力损失[33]。图1.2分离式热管结构示意图从分离式热管系统的内部运行机理来看，它是一种汽液自然循环系统，如图1.3所示，循环回路中的循环动力由下降管系统（包含冷凝段）和上升管系统（包含蒸发段）中工质的密度差提供。如果忽略循环回路的热损失，设蒸发段出口处的截面含气率为，冷凝段出口处的截面含气率为0，系统循环运动压头为,则（公式1—2）总阻力降：（公式1—3...