学文网[摘 要]本文介绍了热管的基本工作原理､性能特点,叙述了热管在各个领域的实际应用和目前的发展前沿,并展望了热管的应用前景｡
[关键词]热管;应用;前景
On the Application of Heat Pipe Technology
CHEN Shai-yun
Abstract:The paper introduces the working fundamentals and properties. It relates the actual application and the front edge of development, then points out the applicative prospects of heat pipe.
Key words:Heat pipe;Application;Prospect
一､引言
热管的构想首先是由美国人R S Ganger在1942年提出,第一个应用于实际的热管于1964年制造出来,是由美国Loe Alam科学实验室的G M Grover及其合作者T P Lotter与G F Ebon制成的高温钠热管,并定名为Heap pipe｡由于热管有优越的传热性能和良好的适应性能,问世不久,美､日､德､意､英､法等国都相继对其应用开展了大量的试验研究,使其迅速发展,并在各领域得到了广泛应用｡因热管有广阔的发展前途,人们对它有极大的兴趣,所以先后于1973年､1976年和1978年在联邦德国､意大利和美国先后召开了三次国际性热管专业会议,将它定为一门新的技术学科｡
热管在我国的研究起步较晚,第一根热管是20世纪70年代初由重庆大学和中国科学院力学研究所制造｡1976年沈阳市做成了热管元件,并将它应用于油冷却器下｡1980年丹东市利用简便的方法生产出碳钢水热管换热器,并在十几个工厂里使用｡1984年我国首次参加了日本的国际热管会议,1992年成功举办了第八届国际热管会议,且举办了多次全国性的会议,热管技术得到了广泛的关注,一些高校和科研单位在它的应用和基础研究方面正做着大量的工作｡
二､热管理论
1.热管工作原理
热管的典型结构如下***所示,它以一种封闭的管子或筒体作为热管壳体,形状可以是各式各样的,其镶有多孔毛细吸芯,待壳体抽到真空后充入一定量的工作介质,密封壳体即为热管｡
2.热管的工作过程
当热管中的液体向蒸发段供热时,工质液体自热源吸热汽化,蒸汽在压差的作用下高速流向凝结段,在凝结段向冷源放出汽化潜热而凝结为液体｡凝结液在毛细吸液芯抽吸作用下,从凝结段返回蒸发段,完成一个循环｡如此循环不停,热源的热量Q就不断地由热管的一端传至另一端,放给冷源｡如***所示,当热管正常工作时,其内部进行着工质液体的蒸发､蒸汽的流动､蒸汽的凝结和凝结液的回流等四个过程,这四个过程构成了热管工作的闭合循环｡
由上述可知,热管借助于工质携带相变潜热来传递热量｡与通过物质显热的增减来传热相比,热管传热能力就非很大,如1kg水在常压下的汽化潜热量为2257.1kJ/kg,几乎相当于5.4kg水从0摄氏度加热到100 摄氏度水所需的总热量｡所以说,热管能在小温差下具有很大的传热能力｡
三､热管的应用
1.热管用于冷却电子元件
将电子元件发生的热量及时地排出,能保证电子元件恒温和工作点不发生偏移,对电子元件非常重要｡根据电子元件的工作条件,热管的冷却方式有管式和板式两种｡管式热管冷却电子元件,是将发生的热量由热管传出,即热管加热段和电子元件联结,冷却段和冷却介质接触,这种方法不需要在电子元件处设置散热设备｡板式热管是将电子元件放在平板上,如果平板是热管的加热段,可保证电子元件温度均匀和性能稳定,下面的平板为冷却段｡另外,热管还可用于冷却电器开关､车刀和钻头等方面｡
2.热管用于传送和储存能量
用热管传送热量是利用汽化潜热或化学反应将热量从高温流体传向低温流体,这时热管相当于传送管道,但功能和功率都比一般传送管道多,而且不需要传送泵等设备｡热管用于储存能量,并不是利用热管本身,因热管本身的储热能力很小,而是用热管结构简单的特点和容易设置蓄热材料,如可在热管外面设置蓄热材料,其工作原理为当高温热源充足时,蓄热材料储存一部分热量,而当高温热源不充足或间断时,蓄热材料将储存的热量通过热管传送给低温物体｡
3.热管用于控制设备的温度
利用热管的控制性能进行控温的方式,具有结构简单､体积小､性能良好和工作可靠等优点｡它的工作原理是利用变导热管的可调节性能,由于变导热管中的惰性气体随温度的膨胀而改变凝结段换热面积,因而可控制热管内温度,从而也就控制了加热段的温度｡这项技术被广泛应用于卫星､宇宙飞船等设备上,它能使卫星､宇宙飞船各部件之间,甚至整个卫星结构等温化｡
4.热管用于保护冻土不融化
利用热管保护冻土层不解冻,是保护生态平衡的途径｡美国北部阿拉斯加油田的1 285公里的输油管线中,有730公里通过永久不解冻区｡由于输油管中的油温在60℃左右,因此如何保证支架下面的冻土不融化就成为输油管安全运行的首要问题｡经过比较,采用热管能较方便､安全和经济地解决上述问题,为此采用约10万支热管铺设该段输油管,成本才130美元｡这样就可使永久冻土周围的温度保持在0.5℃水平｡经检测证明,阿拉斯加输油管从1973年运行以来,热管工作正常｡
热管技术除了应用在上述几个方面外,应用领域还有以下方面 : (1)太阳能供暖｡(2)恒温技术｡(3)热电转换设备的冷却｡(4)空气预热｡(5)反应堆的冷却｡(6)应间核动力｡(7)空气调节｡(8)医疗｡(9)改进铸件质量｡(10)提高激光器的效果等｡
四､发展中的热管技术
热管技术发展到今天,除传统意义上的热管在不同领域的应用不断发展外,同时不同结构的热管及一些应用于特殊领域的热管也在不断推陈出新｡目前正在发展中的热管技术有:(1)单槽缝热管｡(2)锲形干道热管｡(3)先进的梯形轴向槽道热管｡(4)双缝道热管｡(5)双壁干道热管;(6)高性能柔性热管｡(7)双对干道液态金属热管｡(8)陶瓷热管｡(9)烧结金属粉末级液芯热管｡(10)强化沸腾表面热虹吸管｡上述热管技术是热管发展的最新动态,代表着热管发展的前沿｡
五､结束语
总之,热管技术已深入人们生活的各个领域,从***工到民用,从空间到地面,处处可以见到它的应用,并且不同功能的热管也日趋向纵深方向发展｡我国热管技术的研究和发展已经取得了巨大的成绩,但某些领域的应用还有待改进,某些则有待开发,许多紧迫的研究任务还有待完成,这就为我国研究热管的相关科研院所提供了机会,也提出了艰巨的任务｡我们相信,随着当今国际交流逐渐加强,信息交流日趋快捷,热管技术一定能更加迅速的发展,它必将在世界各国的科技发展中发挥更大的作用｡
参考文献:
[1] 郎逵,乔中复,尚国森.热管技术与应用.沈阳:辽宁科学技术出版社,1984.
[2] 胡居传,岳永,王铁恒等.热管的应用及发展现状.制冷,2001,(3).