文献综述

1.热管的工作原理

热管是一种传热装置，该装置将热传导率和相转变的两个原则相结合，有效地促进固体界面间的热传导。在热管的热接口处，与导热固体表面接触的工作液体通过吸收表面的热量使其变成蒸汽。蒸汽然后沿热管冷界面冷凝成液体释放的潜热。^[1]

热管由三个基本部分组成:一是两端密封的容器,多数做成圆管状;二是由多孔材料(金属网、金属纤维等)构成吸液芯,覆盖在器壁(管壁)的内表面;三是容器内充有一定数量的工作液体(工质)及其蒸气。热管的一端与热流体接触,管内的工质受热后蒸发,变成蒸气,管内对应的饱和蒸气压力也相应提高。这一受热区段称为蒸发段。产生的蒸气靠空间内微小的压差, 经过中间的传输段 (不受热的绝热段)流向另一端的冷凝段。在冷凝段,工质向冷流体放出热量而使管内的蒸气又冷凝成液体。冷凝的液体工质靠吸液芯的毛细管作用又回流到蒸发段,继续重复上述过程。对重力式热管,将冷凝段布置在上部,蒸发段在下部,工作液可以靠重力作用回流到蒸发段。采用这种垂直布置可以省去热管的液芯,使结构简化, 制造方便。由于热管是靠工质相变进行热量的中间传递,热段与冷段内工质的温差很小,而且相变潜热很大,因此,热管相当于一个导热能力很强的导热体, 远远超过金属棒的导热能力。例如, 对直径为12.5mm、 长度为 300mm的热管,与相同尺寸的铜棒相比,当从一端向另一端传导的热流量均为 100W 时热管两端的温差只有 1~2℃,而铜棒两端的温差达 600℃左右。这说明热管的导热能力相当于铜棒的数百倍。热管传热的另一个特点是工质的循环不需要靠泵来推动,而是靠液芯的毛细管作用或重力作用。而对热媒换热器来说,热媒循环传输热量时,工质泵是必需的。当工作液体渗入液芯的毛细孔时,由于表面张力的作用,在毛细管内将形成一个弯月面。如果毛细管内液柱不升高,则液面上的蒸气压力必须大于液体压力。^[2]

2.热管的应用

2.1热管在热回收方面的应用

近年来国内外热管除应用于采暖通风和空调系统外,还广泛用于各种余热(废热)回收方面,例如:供蒸汽、供热水、供生产工艺用汽和水等等。一般地说,各类加热炉的能耗约占总能耗的12%,而各类加热炉的平均热效率只有15%左右,就工业用炉、窑来说,余热有低品位的亦有高于80o0C以上的高品位热能。(当然应该按品位利用,各尽其材)这方面余热利用率,苏联为40%,美为51%,日本57%,而我国平均不到30%(上海较高33%),难怪有人把节能视为”第五种常规能源”,由此亦可见,我国差距极大,当然,潜力亦大。因此,有效地利用、回收余热就是国内外当务之急又大有可为的课题。这个课题首先要求开发有效的热交换器。于是,热管换热器应邀登场。热管换热器是由若干根外部带肋片的热管群组成,蒸发段置于需回收余热流体所通过的管道中,冷凝段则放于相邻的待加热的流体所要经过的管道内。

2.2.热管在新能源开发上的应用

国外已实用化,国内亦在研制的热管在地热和太阳能方面的利用,首先是用于太阳能集热器上,它有各种类型且传热介质及利用方式亦各异。除平板集热器外,还有热管式太阳能集热器,这些集热器国外有的国家(如日本,美国)正向着实用化阶段发展,国内也有几个单位在研制。热管在地热方面的应用有利用地热融化路面的积雪和防冻,隧道排水管防冻,用地热防止隧道中路标积雪、结冰等。

2.3.热管在测量方面的应用