常见热管的结构介绍.docx

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1、常见热管的结构介绍第一章常见热管的结构介绍热管是依靠封闭管壳内工质相变来实现传热的元件，它具有优良的等温性、热流密度可变性、很高的导热性、热流方向的nJ逆性、恒温性、热二极管与热开关性以及很好的环境适应性等基本特性290热管的这些优良特性使其应用潜力极其广袤，随着热管种类的不断增加，热管结构也变得越来越困难。经过几卜年的发展，热管结构由单根热管演化出多根热管组成的换热器，再由整体式热管换热器渐渐演化出分别式热管换热器、毛细泵回路热管和脉动热管，在分别式热管换热器的基础上又演化出热环系统、困难热管系统和两相流分别式热管。基于有无外加机械动力因素，可以把热管分为无外加动力型热管和机械动力驱动型热管

2、。卜.文中将分别作介绍这几种热管。1.1 无外加动力型热管1.1.1一般热管图图1.1热管管内汽-液交界面质量流、压力和温度沿管长的变更示意图热管在制造时需对管内抽真空，以消退杂质对热管性能的不利影响，真空度可达到1.3(10110-4)Pa,管内充以适量的工作液体使毛细吸液芯中充溢液体后密封绝热段作为蒸汽通道的不工作部分并不担当传热任务，而是为了分开冷、热源并使热管能适应随意须要的几何形态布置而设置的。沿整个热管长度，气液交界处的气相和液相之间的静压差与该处的局部毛细压差相平衡，所以热管正常工作的必要条件是:pcp1.+Zkpv+pg式中Zkpc毛细压头是热管内部工作液体循环的推动力，以克服

3、蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降：4pv冷凝液体从冷凝段流回蒸发段的压力降；4p1.和重力场对液体流淌的压力降；pgpg视热管在重力场中的位置而定，可以是正值、负值或为零。热管虽是一种传热性能极好的元件，热管传热实力的上限值会受到一种或几种因素的限制，称为热管的传热极限或工作极限。这些极限主要有毛细力、声速、携带、沸腾、冷冻启动、连续蒸汽、蒸汽压力及冷凝极限等等32o1.1.2分别式热管国外分别式热管换热器的研制起先于20世纪80年头1I1.这种换热器可实现远距离传热，避开大直径烟风道迁移；可实现一种流体与多种流体间的换热；具有良好的密封性能；便利顺逆流混合布置;大幅调整蒸发段与冷凝段的面积比还

4、可使冷热流体完全隔开;适用于换热装置大型化等优点。因此，很快引起了我国科技工作者的重视，并进行了广泛的基础理论和工程应用探讨。23分别式热管中探究探讨和应用最广泛的属重力型分别式热管（以下称为分别式热管），其中，中科院工程热物理探讨所与上海711探讨所一起进行了有关分别式热虹吸管组的换热特性探讨；上海海运学院探讨了分别式热管换热器系统的模型试验：东北工学院针对有探讨指出影响热虹吸管的重要因素有热流密度和充液率35除了受沸腾极限、烧干极限和携带极限等因素影响外，热虹吸管还会在正常启动和运行过程中出现不稳定状态，例如小充液量时出现了干枯振荡，大充液量但低热流量输入状况下产生了间隙沸腾及由携带引起的

5、振荡。热虹吸管在实际应用中最大的传热实力往往受到携带极限的限制，因此在其结构上削减气液之间的相互作用成为强化传热性能的关键。图图1.5两相闭式热虹吸管1.1.5环路式热管由于冷凝段和蒸发段分开，环路式热管广泛应用于能量的综合应用以及余热的回收。环路式热管(1.HP)的原理入图1.8所示。环路式热管的出现被界内认为是两相流换热技术的重大新突破。但是随着应用的深化，在特定的运用场合也暴露了该热管的一些缺点。面对紧凑式、分散式、长距离、多点困难的高热流密度热源的散热问题，由于自身结构和工作原理的限制，CP1.和1.HP已经显得几乎无能为力。科学工作者们遂开展了对外加动力热管的探讨28图图1.6环路式

6、热管示意图1.1.6毛细泵回路热管为解决一般热管因换热段位置倒换而导致的传热受限的问题，同时拓展热管在远距离能量输运方面的应用，人们探讨开发了毛细泵回路37(CP1.),见图1.7的传热实力比一般热管大厂2个数量级，同时系统具有很好的等温性，在卫星、空间站、电子元器件的冷却、航天飞船等领域应用特别广袤。与一般热管相比，毛细泵回路只是在结构上增加了一个储液器，而且只在蒸发器段布置吸液芯。储液器与热管系统相通，系统通过加热或冷却储液器即可变更系统压力，进而使系统工作温度保持在要求的范围内。同时，由于冷凝器内无吸液芯，使热量不能倒传，因此毛细泵回路也具有热二极管的特性。图图1.7毛细泵回路热管1.1

7、.7脉动热管口本人Akashi于上世纪90年头提出了脉动热管36的概念，该热管具有重量轻、当量传热量大和尺寸小等特点，广泛应用于电子元器件的冷却领域。图1.8所示为脉动热管的一种结构形式。由于脉动热管的运行机理特别困难，迄今为止依旧有很多问题须要大量学者深化探讨。该热管内部为微通道内两相流，脉动特点具有很大的偶然性和困难性，因而工质的温度、压力和速度很难通过计算确定。脉动热管的内径一般约在0.5m113.Omm之间，因此具有特别小的管径。在表面张力作用下，其内部充注的工作液体可以形成长度不等的液柱与气塞。正常工作时，管内的液柱和气塞会在蒸发段（通常位于冷凝段下方）受热产生体积膨胀，由沸腾产生的

8、气泡驱动液柱和气塞朝冷却段方向运动，液柱和气塞在冷凝段受冷却并凝聚放热，能量的传递由液柱和气塞的运动换热来实现。另外，因为热管尺寸较小的限制，脉动热管的试验探讨中测量特别困难而且相对不精确。O图图1.8循环式脉动热管1.2外加动力型热管1.2.1热环新型的分别式热管一泵或风机驱动的动力型分别式热管（简称热环），对为方位、距离较为随意的冷热源间能量传输供应了较志向的解决方法，其基本结构和原理为：在由蒸发器、冷凝器、微压驱动装置和管路构成的闭合环路中充以循环工质，利用驱动装置推动工质在热源处吸热蒸发，在冷源处冷凝放热，从而实现热量由热源向冷源的高效传递。国内这方面的探讨工作有，对热环进行了液相、气

9、相驱动方案模拟与试验探讨，对热环循环工质已进行了纯工质的优选，并正在进行非共沸混合工质的优选，对热环方案与水回路方案应用于喷雾干燥塔、造纸厂余热回收利用等场合进行了技术经济分析30。图图1.9热环工作原理图图1.9所示的热环的最大特点是增加了外部动力。1.2.2困难热管系统困难热管系统可以解决传统分别式热管供液动力不足、蒸发器与冷凝器安装位置受限制和以及热管换热量的有效限制问题，在工业余热和废热利用过程中较传统换热器和其他形式热管换热器有很大优势，该系统结构组成见图1.10所示，主要包括：冷凝器、蒸发器、气液分别器、储液罐、分液器溶和液循环泵以及各部分之间的连接管路。其工作原理如下：溶液循环泵

10、从储液罐抽取液态工质，经管路、分液器等均流部件将工质安排至蒸发器各管路：液态工质在蒸发器中吸取外界热量部分气化，进入气液分别器实现气液分别，液相工质流回到储液罐，形成液体工质小循环，而气相工质则经气体管道输送到冷凝器各管路中，实现完全冷凝后回到储液罐，形成热管工质大循环。困难热管系统中的小循环是为了合理限制在的蒸发器中液体工质循环量，可以有效解决传统分别式热管系统中工质输送力不够、蒸发器换热面积运用效率低下等问题；大循环则负责从蒸发段吸热并把热量排放到冷凝段，完成热量输送。1.10困难热管系统结构示意图相对于传统分别式热管，困难热管系统增加了储液器、气液分别器、溶液循环泵以及相关限制部件等，系

11、统能够在各种困难工况条件下实现能量传输，同时由于系统在热管工质大循环之基础上增加了液态工质小循环，因而具有了很多独特之处，性能相对稳定并得到提升。困难热管系统的特点如下：1）冷凝器与蒸发器的相对安装高度不再有安装位置的限制，只要保证储液罐安装位置低于两个换热器，即可使冷凝液态工质顺当流回储液罐正常工作。若现场条件要求冷凝器必需处于在储液罐下部，则在冷凝器回流管上布置一个回流溶液泵即可使系统正常运行。2）困难热管系统的小循环能够合理地限制蒸发器中的液体工质循环量，可解决传统分别式热管系统中工质输送力不足和蒸发器换热面运用效率不高等问题。3）相比现有的分别式热管，困难热管系统不仅增加了溶液循环泵，

12、而且增设了储液罐、气液分别器等部件，热管系统得到大幅度完善，换热效率得到大幅度提高。4）相比现有的其它热管，此系统能够便利地续调整和限制热管换热量，热管的限制实力得到大幅度增加。5）相比其它非热管的换热器，由于相变传热中汽化潜热大，此系统在微小的温差下就能把大量的热量从热管的蒸发段传至冷凝段。由于冷热源相互分别，并可实现远距离实力传输，此系统在介质中存在有毒物质的工业行业的废热回收利用中具有远大的前景。6）此系统扩大了热管的运用范围，可广泛应用于中心空调、太阳能海水淡化、低温空气能量回收、石油或化工业的余热回收、电厂废热回收等领域，并且该系统更简单实现大型化，也因此在工商业应用中拥有光明的前景

13、。1.2.3两相流分别式热管系统两相流分别式热管系统是在对困难热管系统的基础上，对其结构进行了简化，将工质的双循环变成单循环，即去掉困难热管系统中的小循环，而且同时可以克服传统分别式热管的不足。其结构示意图如图1.11所示。该热管系统除了具有困难热管的诸多特点外还具有以下特点：1）与热环相比，该热管系统蒸发器内既可以进行相变换热，也可以进行相变和单相换热的混合换热：2）与困难热管相比，该热管系统在具备困难热管诸多优点外，其结构简化，成本低廉，更易得到推广：困难热管系统和两相流分别式热管系统的提出是为了满意现代大型热管换热设备和高效热管换热设备的要求。目前，国内外对该方面的理论探讨与应用探讨的报

14、道都很少，处于理论探究和模型设计阶段。该项探讨工作将使热管的应用范围渐渐扩大，并使热管的应用效率渐渐提高。七是对工作细微环节重视不够。作为办公室负贡人，存在抓大放小，不能做到知上、知下、知左、知右、知里、知外，有时在一些小的问题上、细微环节上没有做好，导致工作落实不到位，出现偏差。八是工作效率不是很高。面对比较繁重的工作任务，工作有时拈轻怕肃、拖拉应付、不够仔细。存在不推不动、不够主动，推一推动一动、有些被动。比如，文稿材料蒸发器冷凝器溶液泵储液罐分液器的撰写，有时东拼西凑、生搬硬套、缺乏深化思索。有时也存在着推诿扯皮现象，不能刚好完成，质量也难以保证。对于领导交办的事项，有时跟踪、督导的不够

15、，不能刚好协调办理，缺乏应有的紧迫感，缺乏开拓创新精神，致使工作效率不高。二、产生问题的缘由分析仔细反思和深刻剖析自身存在的问题与不足，主要是H己没有加强世界观、人生观、价值观的改造，不注意提高自身修养，同时受社会不良风气的影响，在详细应对上没有很好地把握H己，碍于情面同流合污。产生问题的缘由主要有以下几方面。（一）自身放松了政治理论学习。对政治理论学习的重要性相识不足，重视程度不够。尤其是在处理工作与学习关系方面，把工作当成硬任务，把学习当作软指标，对政治理论学习投入的心思和精力不足，缺乏自觉学习的主动性和主动性。（二）宗旨意识有所淡化。由于乡镇工作比较辛苦，从基层回到机关工作后，产生了松口气的念头，有时不自觉产生了优越感和傲慢自满的心情。听惯了来臼各方面的赞誉之声，深化基层少，对群众的呼声、疾苦、困难了解不够，没有树立较强的大局意识和贡随意识，使得自己有时会片面地认为只要做好本职工作，完成领导交办的任务就行了，而未能完全发挥自身的主观能动性，缺乏做好工作应有的责任心和紧迫感。（三）忧患意识不强。只是片面看到了F1.身工作生活环境的变更，吃苦耐劳的精神有些缺乏，开拓进取、奋勉行为、敢于冲锋、勇于担当的锐气有所弱化。有做太平官的意识，身处领导岗位，求新、求发展意识薄弱，表率作用发挥得不够好，忽视了工作的主动性、主动性和创建性。（四）勤政廉洁意