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翅片管式熱管換熱器

日期：2021-08-28 08:57:36點擊：167

翅片管式熱管換熱器
3.1熱管原理和熱管換熱器
311熱管的傳熱原理
熱管，按其精確的定義,稱之為“封閉兩相傳熱系統”，即在一個封閉體系內，依靠流體的相態(tài)變化（液相變?yōu)槠嗪推嘧優(yōu)橐合啵﹤鬟f熱量的裝置。熱管的這種傳熱原理，首先于1944年由美國人高格勒（R. S. Gaugler）所發(fā)現，并以“熱傳遞裝置”（Heat Transter Device）為名取得專利。當時因未顯示出實用意義，而沒有受到應有的重視匚直到20世紀60年代初期，由于宇航事業(yè)的發(fā)展，要求為宇航飛行器提供高效傳熱元件，促使美國洛斯-阿拉莫斯科學實驗室的格羅弗（G. M. Grover）于1964年在獨立工作的基礎上,再次發(fā) 現這種傳熱裝置的原理，并命名為熱管（Heat Pipe），并首先成功地應用于宇航技術中,隨之引起了各國學者的極大興趣和重視。
熱管的結構如圖3. 1. 1所示。一個圓筒狀的容器，內表面襯以多孔的材料，將容器內部抽成某種程度的真空，然后注入一定量的液體（工質）并將容器密封起來。這樣,一支熱管就做成了。

如果在熱管的一端加熱，另一端冷卻，中間一段用某種材料絕熱起來，這時，熱管內部將開始兩相傳熱過程。加熱段的工質產生沸騰或蒸發(fā)，吸收汽化潛熱，由液體變?yōu)檎羝?。產生的蒸汽在管內一定壓差的作用下，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。冷凝下來的液體依靠管內壁的多孔材料所產生的毛細管力回流到加熱段，重新開始蒸發(fā)吸熱過程。這樣,通過管內工質的連續(xù)相變，完成了熱量的連續(xù)轉移。
熱管的結構按軸向可分為三個區(qū)域:加熱段（蒸發(fā)段），絕熱段和冷卻段（凝結段）；從熱管的橫斷面來分，也可分為三個部分:殼體，吸液芯（被工質所充滿）和中間的蒸汽流道。熱管的殼體一般為圓筒狀容器，也可根據需要做成其他形狀：如平板狀、環(huán)狀等。緊貼內壁的多孔材料稱為吸液芯，吸液芯的主要作用是產生毛細管力使凝液從凝結段返回到蒸發(fā)段,正如一個煤油燈的燈芯可以將煤油從底部提升上來一樣c利用毛細管力來回流液體是標準熱管的主要特征，也就是說，一支標準的熱管是具有某種芯結構的熱管。吸液芯的結構型式很多，主要有如下幾類:一類是均勻芯，如在內壁上附以很細的金屬絲網或燒結上一層多孔材料;第二類是槽道芯，即在管子內表面上加工岀很細的軸向槽道或螺紋槽道;第三類是復合芯，即在槽道芯的外面加上絲網芯;第四類是干道芯，即在熱管內部再放一支細管，專門用來回流液體。
當熱管在地面上應用時，可以讓重力來幫助凝液回流，這時，只要將熱管傾斜放置，加熱段在下，冷卻段在上就可以了，這樣的熱管稱為重力輔助熱管。如果將熱管垂直放置，管內不加吸液芯，完全靠重力回流液體，這樣的熱管又稱熱虹吸管，如圖 3.1.2所示。由此可見，熱虹吸管結構簡單，制造容易，成本低廉，因而廣泛地應用于節(jié)能工程中。
熱管由于靠工質的相變傳熱，因而具有優(yōu)異的傳熱特性。如果將一支熱管與外形尺寸完全相同的銅棒進行比較，當二者傳遞相同的功率時，熱管具有良好的軸向等溫性，而銅棒卻有明顯的溫度降落。熱管的傳熱特性也可以這樣來描寫:它可以在很小的溫差下傳輸大量的熱量。熱管的相當導熱系數比導熱性能良好的銅可高出幾十倍甚至上百倍，因而有超導熱體之稱。

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