HeatPipe热管工作原理

中温热管简介

利用封闭在管内的特定工质反复进行物理相变或化学反应来传递热量的一种导热性极好的传热器件 。中温热管换热器内中温段热管一般选萘或N-甲基吡咯烷酮为其管内工质 。

中温热管分类

依工作温度范围的不同，热管可以分成深冷、低温、中温和高温等几种：

(1) 深冷热管： 工作温度范围为0～200K，工作介质可用纯化学元素物质，如氦、氩、氮、氧等，或化合物，如乙烷、氟利昂等。

(2) 低温热管： 工作温度范围为200～550K，工作介质可用氟利昂、氨、酒精、丙酮、水及有机物。

(3) 中温热管： 工作温度范围为550～750K，工作介质有导热姆、萘、水银等。

(4) 高温热管： 工作温度在750K以上，工作介质为钾、钠、锂、铅、银等液态金属 。

中温热管热管寿命

影响热管寿命的因素很多，但主要是热管的不相容性。造成热管不相容的主要形式有以下三个方面:产生不凝性气体；工作液体性质恶化；管套材料的腐蚀、溶解。通过合理选择热管的管材、工作液体、吸液芯结构等可使热管长期有效地服役于其工作温度范围,从而提高其使用寿命 。

中温热管工作原理

由于热管是通过工作介质的相变吸热和放热来传递热量，并可在管中充少量惰性气体，通过压力变化以调节冷凝段的传热面积，因此热管具有以下特性；①高的传热能力；②高的等温性；③具有变换热流密度的能力；④具有恒温特性 (可控热管) 。

贴近管内 壁处装有由多孔材料构成的毛细结构，称为“吸液芯”，管中则充入少量液态工质(如水、普通制冷剂、液态金属钠、锂等)。当其一端受热而另一端被冷却时，液态工质便在蒸发段中蒸发，产生的蒸汽经绝热段流向另一端后，被冷凝成液体同时放出汽化潜热，而凝结液通常可借毛 细作用重新渗回加热端。如此循环不已，从而将热量不断地从加热端传至冷却端。热管两端都发生物质的相变，相应的对流换热热阻均甚小，故在同样大小温度差下所传递 的热量可比相同尺寸的铜棒大数十 至数千倍。热管不仅构造简单、重 量轻、无噪音、可变换热流密度、充入适量惰性气体后可自动控制温度，而且管内不同截面上的温度相差不大，有良好的等温性，因而具有多方面的用途 。

中温热管研究历史

热管原理最早由美国人R.S.高格勒 (RichardSlechrist Gaugler) 于1942年提出。1964年美国科学家G.M.格罗弗 (George Maurice Grover)等独立地提出并制造了类似的元件，取名为“热管”，并首先用于航天飞行器。70年代为了将热管技术用于地面工业，发展了不用毛细多孔材料而利用重力使液体从冷凝端流回蒸发端，从而简化了结构，降低了成本。热管中的毛细多孔材料除去，将蒸发段置于冷凝段的下方即成重力热管或称闭式两相热虹吸管 。热管的概念是本世纪40年代提出的，60年代初制成了第1个实用热管。由于它显示出极高的导热特性引起了普遍地重视，热管问世不久便在电子、宇航等领域被用来冷却电子元件、电机转子等发热元器件，并在回收余热、预热空气、贮存能量和给水等节能领域得到广泛应用。目前，热管的理论日臻完善；它在许多方面的实际应用表明，热管技术是很有发展前途的 。

我国70年代初开始制造热管，并收到了较好的节能效果。随着科学技术的不断发展，这种高效传热的设备、器件必定在许多工艺过程中得到更广泛的应用 。

气控热管内工质为高纯钠。为了满足高温要求以及与工质相容性原则，并保证热管的强度、刚度和抗腐蚀性，筒体材料采用耐高温不锈钢。为了保证热管的性能，筒体内壁及温度计阱均覆盖不锈钢丝网。热管上部外侧伸出的支管与气路连接，支管上部外表面安装冷却水套。热管加热炉分上下两段，采用镍铬炉丝绕制 。上下炉分别用岛电SR23和FP23温控模块控制，控温精度为0.1℃。

振荡热管由蛇形毛细管组成，包括若干直管段和弯头，一般情况下分为蒸发段、绝热段和冷凝段。

振荡热管有三种基本形式，即闭式回路型振荡热管、带单向阀的闭式回路型振荡热管及开路型振荡热管。工作时，当达到一定温度时，部分工质蒸发产生汽泡，形成间隔分布的液柱和气塞，同时使蒸发段的压力升高，蒸发段和冷凝段产生压力差，从而提供工质流动的驱动力。