钠热管概念

钠热管是指以液态金属钠作为工作介质的高温热管。液态金属钠具有许多优点，如在高温下具有很好的稳定性，饱和蒸汽压低，汽化潜热高，导热性好 。自1963年美国的Los-ATlOS科学实验室的Grover和他的同事们　首次报道了钠热管成功地工作以来，钠热管的究与应用都取得了很大进展。在航天国防、新能源、核工业、冶金、化工、石油化工、水泥、陶瓷等工业中都有着许多重要的应用。随着研究工作的深入，钠热管具有广阔的应用前景本试验主要是对一钠热管进行性能测试，研究其工程应用的可行性，为钠热管工程实际应用提供参考数。

钠热管测试试验装置与测试系统

钠热管由不锈钢材料制成，直径为25mm,热管总长为100mm，管内有吸液芯，并有中心管，充液量为90g蒸发段长度为570mm,绝热段长度为210mm，冷凝段长度为220mm,。钠热管测试的试验装置，如图《实验装置》所示 。

该系统的加热炉为一硅碳棒的炉最绝热热管是一种利用封闭在管内的介质反复进行物理相变来传递热量的高效传热元件(装置)。以钠为工质，工作温度在750K以上的热管称为高温钠热管，钠热管经常应用在航天、民用工业和国防工业等领域。

钠热管在其应用过程中将遇到这样的问题:即在起动过程中，由于钠的蒸汽压较低。钠热管很容易由于流体质量和速度的不断增加，而在其加热段出口流体流动速度达到声速。在此情况下，流体流动所能携带的热量达到极限，即热管的声速限。这时即使改变冷却段的冷却速率，钠热管所能传递的热量也不会增加。以前，美国等一些国家的科学家对钠热管的声速已进行了一些研究。

1965年，Cotter把蒸汽的轴向流动视为不可压缩层流流动。且在一维情况下进行研究。

1968年，Levy EKZ对蒸汽模型进行了改进，把蒸汽流作为可压缩的一维流动进行研究，给出　的结论是:利用干饱和理想气体模型计算声速限可以得到较为理想的结果。1971年Busse CACa除了考虑蒸汽流动参数的轴向变化以外，还考虑了它的径向变化。Busse将蒸汽的状态用干饱和理想气体方程来描述;同时根据所研究热管的加热段比较短这一情况，假设加热段的蒸汽是等温的。

壳体材料

声限速

吸液芯所需克服的液柱静压头

选取丝网数目

最大毛细力

吸液芯的渗透率

吸液芯截面积

吸液芯的层数

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℃。

我国研制成功气控钠热管系统

日前，我国首套拥有自主知识产权的气控钠热管系统在中国计量科学研究院研制成功，并通过国家质检总局组织的专家鉴定。这标志着我国掌握了气控钠热管研制的关键技术 。

气控热管技术主要应用在航天飞行器如太空空间站、航天飞机内邵温度的准确控制，以及温度计量领域高精度的温度复现。气控钠热管在600℃一1000℃能够提供均匀、稳定的温度环境，在温度计量领域用来校准高温铂电阻温度计和热电偶、研究ITS-9n国际温标的非唯一性和非一致性、以及绝热量热法复现ITS-9n国际温标的银、铝凝固点，显著提高固定点的复现水平。 仅有意大利、法国和加拿大开展了此方面研究。中国计量科学研究院于2nm年开展了气控钠热管的研究，自主建立了我国首套拥有自主知识产权的气控钠热管系统，气控钠热管的研究也取得了突破性进展。

据课题负责人、中国计量科学研究院副研究员闰小克介绍，国际上通行的控制方案是“压力控制与功率相结合”，而课题组提出“高精度压力控制和温度控制相结合”的新控制策略，实现了气控钠热管高准确度的温度复现，可显著提高气控钠热管温度均匀性和稳定性技术指标。

在111250Pa动态控压时，气控钠热管温度计阱内垂直温度场均匀性及稳定性分别为±0.16mK和±0.21 mK，技术指标达到了国际领先水平。此前国际上公开发表的气控钠热管温度均匀性与稳定性的技术指标的最高水平，是意大利计量院的±0.5mK.利用气控钠热管开展准绝热法复现ITS-90国际温标银、铝凝固点的前沿研究，可进一步提高我国ITS-90国际温标的复现水平，保证温度量值的国际等效性和国内温度量值的准确传递。

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 。

国外最早的高温热管被应用于空间技术上。1970年美国RCA首次用100根高温热管排成一个宽65 cm，高108 cm的方阵，制成了一种空间辐射器，这种热管辐射器可带走50 kW热量，能减轻因流星损伤而引起的载热体的泄漏。后来高温热管开始逐渐向其他领域不断渗透。

我国高温热管的应用研究始于1978年，中国科学院力学研究所首次成功地研制成功了外延炉等温热管，采用高温钠热管作为等温元件，用于半导体材料生产中的一种掺杂工艺，使这种管式炉的等温精度从原来的± 0.1℃提高到±(0.02～ 0.03)℃，等温性能获得了很好的改进，炉子的使用寿命也明显提高。

钠灯低压钠灯

低压钠灯的工作蒸气压不超过几个帕。低压钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和589.6纳米的两条双D谱线上，它们非常接近人眼视觉曲线的最高值（555纳米），故其发光效率极高，目前已达到200流每瓦（lm/W），成为各种电光源中发光效率最高的节能型光源。

低压钠灯是利用低压钠蒸气放电发光的电光源，在它的玻璃外壳内涂以红外线反射膜，是光衰较小和发光效率最高的电光源。低压钠灯发出的是单色黄光，用于对光色没有要求的场所，但它的“透雾性”表现得非常出色，特别适合于高速公路、交通道路、市政道路、公园、庭院照明，能使人清晰地看到色差比较小的物体。低压钠灯也是替代高压汞灯节约用电的一种高效灯种，应用场所也在不断扩大。

低钠灯sodium，lamp利用钠蒸气放电产生可见光的电光源。钠灯又分低压钠灯和高压钠灯。低压钠灯的工作蒸气压不超过几个帕。低压钠灯的放电辐射集中在589.0纳米和589.6纳米的两条双D谱线上， 它们非常接近人眼视觉曲线的最高值（555纳米），故其发光效率极高，已达到200流每瓦（lm/W），成为各种电光源中发光效率最高的节能型光源。高压钠灯的工作蒸气压大于0.01兆帕高压钠灯是针对低压钠灯单色性太强，显色性很差，放电管过长等缺点而研制的。

低压钠灯与常用光源相比，节电可达70%以上。由于低压钠灯的发光管密封在高真空并涂有红外线反射膜的玻璃壳中，它的发光效率基本不受部环境温度的影响，其辐射光谱纯正、稳定、无杂散光，该波长光线透雾性强，再配上优质的多功能电子镇流器，使低压钠灯更易于使用在各种电源条件下，尤其适合太阳能路灯、隧道照明及高原高寒等特殊环境地区使用。该种灯是发光效率最高的灯具。

低压钠灯，是利用低压钠蒸气（工作蒸气压不超过几个帕）放电产生可见光的电光源，发明于1930年。低压钠灯系统具有光效高，温升低，重量轻，自身功耗小，功率因数大等特点，可以最大限度的提高低压钠灯的光效。低压钠灯辐射单色黄光，显色性一般，适用于照度要求高但对显色性无要求的照明场所，如高速公路、高架铁路、公路、隧道、桥梁、港口、堤岸、货场、建筑物标记以及各类建筑物安全防盗照明。由于黄色光透雾性强，该灯也适宜于多雾区域的照明。因此，太阳能低压钠灯系统是应用于太阳能照明领域的最佳选择。

钠灯高压钠灯

高压钠灯的工作蒸气压大于0.01兆帕。高压钠灯是针对低压钠灯单色性太强，显色性很差，放电管过长等缺点而研制的。高压钠灯又分普通型（标准型），其发光效率为130lm/W，显色指数Ra=25；改进型，其发光效率为75lm/W，显色指数Ra=60；高显色型，其发光效率为45～60lm/W，显色指数Ra=80～85。产生的是黄光。

高压钠灯是由半透明的多晶氧化铝（PCA）陶瓷电弧管，外泡壳，金属支架，消气剂和灯头组成。电弧管为核心元件，内充汞，钠和惰性气体。放电时，内部的钠蒸气压力为10-100kPa。

高压钠灯具有发光效率高，耗电少，寿命长，透雾强和不诱虫等特点。主要有普通型，高显色型，高光效型，低汞型，农用型等。钠灯的长寿命，高光通，高光效，透雾性能佳等特性，常用于道路照明，泛光照明，广场照明等。

高压钠灯使用时发出金白色光，具有发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等优点。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿企业、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯主要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场所照明。2100433B