热管换热器原理

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现在，在与“热”有关的技术领域中，“热管”这一技术名词正在被越来越多的人们所认识，所熟知。热管，这一被称之为超导体的高效传热元件，从它刚刚问世，就以它独特的传热特性引起人们极大的兴趣。不论从理论上，还是从应用上，热管正随着新技术革命的浪潮迅速发展着。在新技术、新工艺、新发明如雨后春笋般不断地涌现的科学园地里，热管，这一新的科学分支，以它独有的生命力，在极短的时间内，已经根深叶茂，硕果累累了。

热管，按较精确的定义，称之为“封闭两相传热系统”，即在一个封闭体系内，依靠流体的相态变化（液相变为汽相和汽相变为液相）来传递热量的装置。热管的这种传热原理，首先于1944年由美国人高格勒（R·S·Gaugler）所发现，并以“热传递装置”（Heat Transter Device）为名取得专利，当时因未显示出实用意义，而没有受到应有的重视。直到六十年代初期，由于宇航事业的发展，要求为宇航飞行器提供高效传热元件，促使美国洛斯——阿拉莫斯科学实验室的格罗弗（G·M·Grover）于1964年在独立工作的基础上，再次发现这种传热装置的原理，并命名为热管（Heat Pipe），首先成功地应用于宇航技术，之后引起了各国学者的极大兴趣和重视。

如果将热管的一端加热，另一端冷却，中间一段用某种材料绝热起来，这时，热管内部将开始两相传热过程。加热段的工质将沸腾或蒸发，吸收气化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在管内一定压差的作用下，流动到冷却段，蒸汽遇到冷的壁面会凝结成液体，同时放出气化潜热，通过管壁传给外面的冷源，冷凝下来的液体*管内壁的多孔物质所产生的毛细管力再回流到加热段，重新开始蒸发吸热过程，这样，通过管内工质的联续相变，完成了热量的连续转移。

热管的结构按轴向来分，分为三个区域：加热段（蒸发段），绝热段和冷却段（凝结段）；从热管的横断面来分，也可分为三个部分：壳体，吸液芯，（被工质所充满）和中间的蒸汽流道。热管的壳体一般为圆筒状容器，也可根据需要做成其他形状：如平板状、环状、等等，紧贴内壁的多孔物质叫吸液芯，吸液芯的主要作用是产生毛细管力将凝液从凝结段回到蒸发段，正如一个煤油灯的灯芯可以将煤油从底部提升上来一样。利用毛细管力来回流液体是一支标准热管的主要特征，也就是说，一支标准的热管是具有某种芯结构的热管。吸液芯的结构型式很多，主要有如下几类：一类是均匀芯，如在内壁附以很细的金属丝网或烧结上一层多孔材料；第二类是槽道芯，即在管子内表面上加工上很细的轴向槽道或螺纹槽道；第三类是复合芯，即在槽道芯的外面加上丝网芯；第四类是干道芯，即在热管内部再放一支细管，专门用来回流液体，几种类型吸液芯的结构特点如图所示。

当热管在地面应用时，可以让重力来帮助凝液回流，这时，只要将热管倾斜放置，加热段在下，冷却段在上就可以了，这样的热管叫重力辅助热管,如下图所示。由于重力可以帮助回流，对吸液芯的要求大为降低。如果将热管垂直放置，管内不加吸液芯，完全*重力回流液体，这样的热管又叫热虹吸管。由此可见，热虹吸管结构简单，制造容易，成本低廉，因而广泛地应用于节能工程中。

热管由于工质的相变传热，因而具有优异的传热特性，如果将一支热管与外形尺寸完全相同的一支铜棒进行比较，将它们的一端同时插入热源中，当二者传递相同的功率时，热管具有良好的轴向等温性，而铜棒却有明显的温度降落，如图所示，因此热管的传热特性可以这样来描写：它可以在很小的温差下传输大量的热量。热管的相当导热比导热性能良好的铜可高出几十倍甚至上百倍，因而有超导热体之称。