热管技术及其工程应用.ppt

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什么是热管？
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热管从何而来？有什么作用？
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热管工作的原理是什么？有何特性？
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热管跟普通的“管”有什么区别？
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什么是热管换热器？常见的热管有哪些种类？
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如何设计热管换热器？
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我们日常生活中有哪些场合使用了热管换热器？
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热管换热器的研究发展前景如何？
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第一章 绪论
一．热管换热器的研究背景
当今传热工程面临两大问题：研究高绝热材料和高导热材料。 具有良好导热性的材料有铝[(λ＝202W/m•℃)]、柴铜[λ＝385W/ m•℃]、和银：λ＝410W/ m•℃)]，但其导热系数只能达到 102W/m•℃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。热管的相当导热系数可达105 W/m•℃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．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。
1970年在美国出现了供应商品热管的部门，热管的应用范围从宇航扩大到了地面。
热管的原理首先是由美国俄亥俄州通用发动机公司的于1944年在美国专利中提出的。
1967年一根不锈钢-水热管首次被送入地球卫星轨道并运行成功， 从此吸引了很多科学技术工作人员从事热管研究 。
，但因这种建议并未经过实验证明，亦未能付诸实施。
1984年Cotter较完整地提出了微型热管的理论及展望，为微型热管的研究与应用奠定了理论基础。
1980年美国Q-Dot公司生产了热管废热锅炉，日本帝人工程公司也成功地用热管做成锅炉给水预热器，解决了排烟的露点腐蚀问题。
热管的发展史
70年代以来，热管技术飞速发展，各国的科研机构、高等院校、公司及厂矿均开展了多方面的开发、应用研究，国际间、地区间及各国自身的热管技术交流活动日益频繁。
1973年在德国斯图加特召开了第一届国际热管会议后；
1976年在意大利的波伦亚召开了第二届国际热管会议；
1978年在美国加尼福利亚州召开了第三届国际热管会议；
此后1981年在英国伦敦， 1984年在日本筑波, 1987在法国格林贝尔，1990年在前苏联明斯克，1992年在中国北京，1995年在美国新墨西哥州，1997在德国斯图加特，1999年在日本东京，2002年在俄罗斯莫斯科，2004年在中国上海分别召开了第四至十三届国际热管会议；
除此之外，中日双方从1985年至1994年分别召开了四届双边及多边热管技术研讨会；
1996年在澳大利亚墨尔本召开的多边会议正式发展为国际热管技术研讨会。
我国于1970年开始的热管研制工作．首先是为航天技术发展的需要而进行的。
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1976年12月7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，取得了预期的效果。
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由于我较低，因此自80年代初我国的热管研究及开发的重点转向节能及能源的合理利用，相继开发了热管气-气换热器，热管余热锅炉、高温热管蒸气发生器，高温热管热风炉等各类热管产品。从1987到1991年．我国先后在四川、福建、北京、浙江、河北等地8台130t／h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。
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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，从1983年起已经先后召开了八届全国性的热管会议。
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第二章 热管及其特性

热管示意图
1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三部分组成：主体为一根封闭的金属管（管壳），内部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管芯），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理学原理： ⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。
从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段，绝热段和冷凝段三部分。
A traditional heat pipe is a hollow cylinder filled with a vaporizable liquid.
A. Heat is absorbed in the evaporating section.
B. Fluid boils to vapor phase.
C. Heat is released from the upper part of cylinder to the environment; vapor condenses to liquid phase.
D. Liquid returns by gravity to the lower part of cylinder (evaporating section).
国外资料: (From heatpipe)
热管的管壳是受压部件，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、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。
热管的管芯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管芯的结果示意图
热管的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。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。