第一部分：热管及热管换热器.ppt

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第一部分热管及热管换热器热管及热管换热器热管热管简单讲，以真空相变原理工作的一种极其简单讲，以真空相变原理工作的一种极其高效的传热元件高效的传热元件实验对比热管的研究背景热管的研究背景当今传热工程面临两大问题：

当今传热工程面临两大问题：

研究高绝热材料和高导热研究高绝热材料和高导热材料。

材料。

具有良好导热性的材料有铝具有良好导热性的材料有铝（202W/m）、柴铜柴铜385W/m、和银：

和银：

410W/m），但其导热系数只但其导热系数只能达到能达到102W/m的数量级，远不能满足某些工程中的快速的数量级，远不能满足某些工程中的快速散热和传热需要，热管的发明就解决了这一问题。

散热和传热需要，热管的发明就解决了这一问题。

热管的相当导热系数可达热管的相当导热系数可达105W/m的数量级为一般金的数量级为一般金属材料的数百倍乃至上千倍。

它可将大量热量通过很小的截属材料的数百倍乃至上千倍。

它可将大量热量通过很小的截面积远距离地传输而无需外加动力。

由于热管具有导热性能面积远距离地传输而无需外加动力。

由于热管具有导热性能好、结构简单、工作可靠、温度均匀等良好性能好、结构简单、工作可靠、温度均匀等良好性能热管是传热领域的重大发明和科技成果，给人类社会带来热管是传热领域的重大发明和科技成果，给人类社会带来巨大的实用价值。

巨大的实用价值。

卫星传热例子卫星传热例子11热管技术回顾（发展史）热管技术回顾（发展史）1.11.1国际情况国际情况1944年，美国通用发动机公司，年，美国通用发动机公司，R.SGaugler首先提出首先提出热管设想及概念。

用于冷冻装置专利。

热管设想及概念。

用于冷冻装置专利。

1963年，年，LosAlamos国家实验室的国家实验室的G.M.Grover独立发独立发明类似传热元件，并付诸实践，测试、明类似传热元件，并付诸实践，测试、64年发表论文年发表论文正式命正式命“HeatPipe”。

证明了其。

证明了其“超导热性超导热性”。

实验为。

实验为5200W不锈钢不锈钢钠有芯热管。

钠有芯热管。

1965年，美年，美Cotter首次提出较完整的热管理论首次提出较完整的热管理论1967年，年，LosAlamos国家实验室将一不锈钢国家实验室将一不锈钢水热水热管放入人造卫星，空间零重力传热试验成功。

从此管放入人造卫星，空间零重力传热试验成功。

从此，各国科学家纷纷研究，热管技术大发展。

各国科学家纷纷研究，热管技术大发展。

1969年，日本、前苏联发明不同种类热管，如可变导年，日本、前苏联发明不同种类热管，如可变导热管，旋转热管等。

热管，旋转热管等。

1970年，美国出现商品热管。

空间到地面，开始应用。

年，美国出现商品热管。

空间到地面，开始应用。

最著名：

阿拉斯加输油管线支撑，最著名：

阿拉斯加输油管线支撑，112000根氨热管，根氨热管，923米，保证永冻土。

米，保证永冻土。

1974年后，热管换热器应用于节能及新能源开发，美、年后，热管换热器应用于节能及新能源开发，美、日领先。

日领先。

1980年，美年，美Q-Dot公司热管余热锅炉，日帝人公司锅炉公司热管余热锅炉，日帝人公司锅炉给水预热器，然后回转式、分离式等新结构出现，日给水预热器，然后回转式、分离式等新结构出现，日趋大型化及工业化。

趋大型化及工业化。

1984年，年，Cotter微型热管理论。

出现毛细泵热管、回微型热管理论。

出现毛细泵热管、回路热管等应用航天及电子工业。

长距离挠性热管等应路热管等应用航天及电子工业。

长距离挠性热管等应用特殊场合。

用特殊场合。

1990年后热管在理论、实验、结构、应用等方面长足年后热管在理论、实验、结构、应用等方面长足发展，尤其今天，节能减排中发挥巨大作用。

发展，尤其今天，节能减排中发挥巨大作用。

1973年德国斯图加特（年德国斯图加特（Stuttgart）第一届国际热管会议，第一届国际热管会议，以后分别在不同国家举行，现已召开十五次，其中两以后分别在不同国家举行，现已召开十五次，其中两次在中国举行。

次在中国举行。

2010年年4月，第十五届国际热管会议月，第十五届国际热管会议（15thInternationalHeatPipeConference）在美国南在美国南卡罗来纳州召开。

本届会议论文大会报告：

卡罗来纳州召开。

本届会议论文大会报告：

1、环路热、环路热管；管；2、芯结构和工质；、芯结构和工质；3、环路热管的建模；、环路热管的建模；4、热虹、热虹吸管；吸管；5、热管的基础和建模；、热管的基础和建模；6、空间热管和技术；、空间热管和技术；7、小型热管；小型热管；8、平板热管和蒸汽腔；、平板热管和蒸汽腔；9、特殊热管和技、特殊热管和技术；术；10、脉动热管；、脉动热管；11、热管的工业应用。

、热管的工业应用。

从论文来看，环路热管、脉动热管和特殊热管等仍然从论文来看，环路热管、脉动热管和特殊热管等仍然是当今热管研究的热点，热管的结构和工质改进等仍是当今热管研究的热点，热管的结构和工质改进等仍是提高热管性能和适用性的重要议题。

是提高热管性能和适用性的重要议题。

1970年后，热管性能研究。

空间飞行器、高温热管及可控硅年后，热管性能研究。

空间飞行器、高温热管及可控硅散热方面应用研究。

散热方面应用研究。

1976年年12月月7日，在卫星上首次应用热日，在卫星上首次应用热管取得了成功；我国气象卫星也应用了热管，取得了预期的管取得了成功；我国气象卫星也应用了热管，取得了预期的效果。

效果。

1980年后，热管研究重点转向节能及能源利用领域。

相继开年后，热管研究重点转向节能及能源利用领域。

相继开发了气气式热管换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生发了气气式热管换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器、高温热管热风炉等。

从器、高温热管热风炉等。

从1987到到1991年我国先后在四川、年我国先后在四川、福建、北京、浙江、河北等地福建、北京、浙江、河北等地8台台130th以上电站锅炉上应以上电站锅炉上应用了大型热管换热器，回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。

用了大型热管换热器，回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。

1990年后，碳钢年后，碳钢水两相闭式热虹吸管研究走在世界前列。

水两相闭式热虹吸管研究走在世界前列。

热管研究及应用领域不断拓宽，航天、化工、动力、冶金、热管研究及应用领域不断拓宽，航天、化工、动力、冶金、建筑、食品等几乎各个领域。

建筑、食品等几乎各个领域。

我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术交流我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术交流活动也十分活跃。

活动也十分活跃。

1983年哈尔滨第一届全国热管会议直到年哈尔滨第一届全国热管会议直到2010年深圳第十二届全国热管会议，推动我国热管事业发展。

年深圳第十二届全国热管会议，推动我国热管事业发展。

热管骗子例子热管骗子例子1.2中国情况1983年开始研究，参加第一届热管会议，东北热管协年开始研究，参加第一届热管会议，东北热管协会理事单位。

会理事单位。

汽车热管采暖装置汽车热管采暖装置热管式锅炉节能消烟装置热管式锅炉节能消烟装置硫酸工业热管换热器硫酸工业热管换热器内燃机排气蒸发喷射节能装置内燃机排气蒸发喷射节能装置热管式可控硅散热器研究热管式可控硅散热器研究热管热风炉热管热风炉平板及多槽道微热管研究平板及多槽道微热管研究真空相变供热装置及系统真空相变供热装置及系统热管锅炉及真空相变锅炉热管锅炉及真空相变锅炉异形分离式热管研究异形分离式热管研究1.3吉林大学（原吉林工大）研究进展2热管工作原理2.1热管的组成（典型热管）管壳、吸液芯、工质热管的组成（典型热管）管壳、吸液芯、工质图图2.12.1热管示意图热管示意图1管壳；2管芯；3蒸汽腔；4工作液热管热管：

是一种传热性极好的人工是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三部分组成：

构件，常用的热管由三部分组成：

主体为一根封闭的金属管（管壳）主体为一根封闭的金属管（管壳），内部空腔内有少量工作介质，内部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管芯），（工作液）和毛细结构（管芯），管内的空气及其他杂物必须排除管内的空气及其他杂物必须排除在外。

热管工作时利用了三种物在外。

热管工作时利用了三种物理学原理：

理学原理：

在真空状态下，液体的沸点降低；在真空状态下，液体的沸点降低；同种物质的汽化潜热比显热高的多；同种物质的汽化潜热比显热高的多；多孔毛细结构对液体的抽吸力可使多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。

液体流动。

从从传热状况看，状况看，热管沿管沿轴向向可分可分为蒸蒸发段，段，绝热段和冷凝段段和冷凝段三部分三部分。

热管的热管的管壳管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制造。

在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与造。

在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与管壳不发生化学反应，不产生气体。

管壳不发生化学反应，不产生气体。

管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。

管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端钽或玻璃、陶瓷等。

管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。

和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。

热管的热管的管芯管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。

如右图所示为几种不同的瓷或烧结金属构成。

如右图所示为几种不同的管芯的结果示意图管芯的结果示意图热管的热管的工作液工作液要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸点，较低的粘度及良好的稳定性。

工作液体还应有较大的表面张力和润点，较低的粘度及良好的稳定性。

工作液体还应有较大的表面张力和润湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细力。

湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细力。

工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物质将积工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物质将积累在蒸发段破坏毛细结构。

累在蒸发段破坏毛细结构。

2.2热管的三个区段的划分热管的三个区段的划分*根据热管外部热交换情况分：

加热段、绝热段、冷却段根据热管外部热交换情况分：

加热段、绝热段、冷却段*根据热管内部工质传热传质情况分：

蒸发段、绝热段、冷根据热管内部工质传热传质情况分：

蒸发段、绝热段、冷凝段凝段2.3热管的传热热管的传热热管在实现其热量转移过程中，包含了六个相互关联的主要过程：

热管在实现其热量转移过程中，包含了六个相互关联的主要过程：

热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液汽分界面汽分界面液体在蒸发段内的液液体在蒸发段内的液汽分界面上蒸发汽分界面上蒸发蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段到冷凝段蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段到冷凝段蒸汽在冷凝段内的汽蒸汽在冷凝段内的汽液分界面上凝结液分界面上凝结热量从汽热量从汽液分界面通过吸液芯、液分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源液体和管壁传给冷源在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后工作液体回流到蒸发段在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后工作液体回流到蒸发段在上述过程中，存在在上述过程中，存在11种传热热阻，热阻用种传热热阻，热阻用R表示表示R1：

热源与热管外表面的传热热阻热源与热管外表面的传热热阻R2：

蒸发段管壁径向传热热阻蒸发段管壁径向传热热阻R3：

蒸发段毛细芯径向传热热阻蒸发段毛细芯径向传热热阻R4：

汽汽液交界面蒸发传热热阻液交界面蒸发传热热阻R5：

蒸汽轴向流动传热热阻蒸汽轴向流动传热热阻R6：

汽汽液交界面冷凝传热热阻液交界面冷凝传热热阻R7：

冷