热管的传热极限

热管式空气预热器

热管式空气预热器热管是一种高效的传热元件，早在上世纪40年代热管的概念就已提出，直到60年代，由于宇宙航行的需要，热管才在宇航技术中得以应用。

此后发展很快，70年代热管就已广泛应用于电子、机械、石油、化工等行业。

从那时起，国内石油化工管式炉、锅炉上就开始使用热管式空气预热器来回收烟气余热，并迅速得到推广，到目前为止估计已有数百台在运行中。

它与管式和回转式等其他空气预热器相比，具有体积小、质量轻、效率高、不易受低温露点腐蚀等优点，这也就是它被迅速推广和应用的原因。

1、热管1)热管的工作原理和分类热管是一根两端密封，内部抽真空并充有工质的管子。

其一端(热端)被加热时，工质吸热蒸发并流向另一端(冷端)，在那里将热量释放给管外的冷介质而冷凝，冷凝液流回热端，再吸热蒸发，如此循环，完成热量传递。

由于汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从管子的一端传至另一端。

图1 热管工作原理示意图,a,重力式热管,热虹吸管,(b)毛细力热管,吸液芯热管,热管种类繁多，可按工质回流原理，工作温度、形状或工质等来分类。

按冷凝液回流原理来分主要有重力式(热虹吸式)热管和毛细力式(吸液芯式)热管两种。

故名思义，重力式热管的冷凝液靠重力回流，因此只能垂直安装或倾斜安装，热端在下，冷端在上。

毛细力式热管热端吸液芯中的工质吸热蒸发时，蒸发压力大于冷端，由此压差将蒸汽从蒸发段驱送至冷端，而冷凝液靠毛细压力送回蒸发段，以补充蒸发消耗了的工质。

因此其安装位置不受限制，甚至可与重力式热管相反，即热端在上，冷端在下也照样运行。

图1表示了这两种热管的工作原理。

此外，还有依靠静电体积力使工质回流的电流体动力热管;依靠磁体积力使工质回流的磁流体动力热管;依靠渗透膜两侧工质的浓度差进行渗透使工质回流的渗透热管;靠离心力分力回流的旋转式热管等等。

按工作温度可分为五类:(1)超低温热管，工作温度低于-200?;(2)低温热管，工作温度-200?50?;(3)常温热管，工作温度50?250?;(4)中温热管，工作温度250?600?;(5)高温热管，工作温度高于600?。

超导热管简介.ppt

常规热管的轴向传热速率取决于液体的汽化潜热的大小、汽液往返循环的速率，此外还要受材质是否适应、温度和压力不能太高等条件的限制。而用无机热超导材料制成的超导热管，其轴向传热是热超导材料的微粒子受热激发后以高速运动的特定方式进行传热的，其传热速率远大于同样大小的任何金属和任何常规热管(其当量导热系数是纯银的3万多倍)，传热速率可接近光速，其轴向的传热能力可达 8.8×103kW/m2 ，径向传热能力可达 45kW/m2 ，管内压力远低于同温度下任何热管的管内压力，适用的温度上限为管材的许用温度上限。
超导热管的出现，将影响所有的有热量传递的领域，尤其对热能利用率将产生重大影响，并为太阳能、地热的开发利用，为低级热能的回收利用等开辟了一条高速通道，其发展前景非常广阔。
通过对用超导热管开发的小型热水过炉的测试表明，热效率可达93%以上，基本上是传统不仅可以避免原油直接加热的缺点，而且可以大幅度提高加热炉的效率，大大降低输油的燃料消耗。

微矩形沟槽热管传热极限模型和实验研究

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；ｓｏｎｔａｔｉｅｏｅｔｎｔｐｒｕ，ａｏａｌｇｏｅｉｓｕｔｒａｄｅｅｔｅｕｅｏｅｈｗｔｈｈｈｒｐｒｉｍｅａｒ０ｒｎｅｅｍｔｃｔｃｅｎｆｃｖｓｆｌｈｅｇａｏｅｔｅｅｂｓｒｒｕｆｉｌｇｖｙｕｐｒｇｃｇｉａｔｃａｅｅａｆａｔＡｄｔｌｅｏｔｅｔａｔｓｏｉ，ｎｉｆｎｙｉｒｅｈｈａｔｎｅｃｃｙｎｓｄｍｎｒｄｈｒｉｐｔａｓｎｃｌｎｅｔｔｒｓｒａｉ．ｉａｏｎｓｐｓａａｔｔ
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ＬＩＡＮｎ．ＢｉＯＵａ — ｉｎＹｕｎｘａ
（ｃｏｌｆｃａｉａｎｔｍｏｉｅＥｇｎｅｉｇＳｕｈＣｉａＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＧｕｎｚｏ１６，ｈｎ）ＳｈｏｈｎｃｌｄＡｕｏｔｎｉｅｒ，ｏｔｈｎｉｅｓｔｏＴｃｎｌｇ，ａｇｈｕ５０４１ＣｉａｏＭｅａｖｎｙ

热管技术

(1)产生不凝性气体
由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化。
(2)工作液体物性恶化
有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，或与壳体材料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能。
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2.2. 热管的工作过程
如图：当热管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体在沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环往复，热量便从一端传到了另一端！在这一热量转移的过程中，具体包含了以下六个相互关联的过程：（1）热量从热源通过热管管壁和充满工作液的吸液芯传递到液-气分界面；（2）液体在蒸发段的液-气分界面上蒸发；（3）蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段；（4）蒸汽在冷凝段内的液-气分界面上凝结；（5）热量从液-气分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；（6）在吸液芯内由于毛细作用（或重力等）是冷凝后的工作液回流到蒸发段。
什么叫毛细极限?
在热管运行中，当热管中的汽体液体的循环压力降与所能提供的最大毛细压头达到平衡时，该热管的传热量也就达到了最大值。如果这时加大蒸发量和冷凝量，则会因毛细压头不足使抽回到蒸发段的液体不能满足蒸发所需要的量，以致会发生蒸发段吸液芯的干涸和过热。导致壳壁温度剧烈升高，甚至“烧毁”。
由于热管具有导热性能好、结构简单、工作可靠、温度均匀等良好性能．热管是传热领域的重大发明和科技成果，给人类社会带来巨大的实用价值。
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1.2简历

热管原理最早由美国工程师在1942年提出。 20世纪60年代初，开始研究和试制，最早被用于航天器与核反应堆。 20世纪70年代，热管初次作为热能回收装臵应用于暖通行业。 80年代以后，热管换热器的研制工作迅速开展。回转型、分离型等新的结构型式相继出现，并日趋大型化。近年来，工业中的广泛实际应用使热管换热器在余热利用领域中脱颖而出。其结构形式多样，使用方式灵活，特别适用于中、低温排气的余热回收。最近热管换热器在蓄能技术方面又有了新的应用。随着工业技术的发展，特别是考虑到现代能源形势的需要，热管技术正越来越广泛地渗入到各个工业领域中，如：在航空航天、核动力、太阳能、电子科技、冶金、建材、化工等领域发挥着越来越重要的作用。

笔记本电脑热管最大传热能力测试-文档资料

笔记本电脑热管最大传热能力测试-文档资料笔记本电脑热管最大传热能力测试热管是一种具有极高导热性能的传热元件，由密封壳体，工作介质及毛细结构组成，其设计理念来自于著名的Cotter理论。

热管通过在全封闭真空管内工质的汽、液相变来传递热量，具有极高的导热性，其热传导效率较之纯铜高达上百倍，具有“热超导体”之美称。

目前，各种结构类型的热管层出不穷，热管生产工艺不断革新，大大提升了热管的传热极限。

衡量热管性能优劣的指标主要有两个：热管传热热阻Rth和热管最大传热能力Qmax。

热管的传热热阻测试方式相对简单容易，实际生产应用中，通常采用通过测试蒸发端热管温度T1和冷凝端热管温度T2，计算温差，由公式计算求得。

而作为衡量热管传热极限的重要指标最大传热能力Qmax的测试方法，受热管工作温度（绝热端温度）、Ta工作角度、冷却方式等因素制约，行业中目前并没有统一的测试规范。

本文结合某热管生产厂商十余年生产经验，提供了一种快速测试Qmax的方法。

1 传热能力Qmax测试装置本测试装置，采用电加热块加热方式向热管提供热量。

在测试过程中，加热块紧贴热管蒸发端上下壁，通过电源供应器向测试铜块输入热量，模拟芯片产生的热量对热管进行加热。

在冷凝端，采用冷却水套进行冷却，保证热管绝热端温度为预先设定温度。

当输入的热量达到某一个数值时，热管蒸发端温度与绝热端温度（工作温度）Qmax之温差急剧上升，此前所输入能使热管蒸发端温度平稳时的最大热量，即为热管在此工作温度和角度下的最大热传能力，最大传热量体现了热管的最大传热能力，只有满足可以解决芯片发热量的热管，才能有效对系统进行散热。

测试时，热管外壁均匀粘贴热电偶，通过计算机实时监控记录热管温度。

改变工作温度和测试角度，就可以得到对应参数下的最大传热能力。

所设计的实验装置如图1所示：1-电源供应器；2-电流表；3-电压表；4-加热铜块；5-热管；6-热电偶；7-绝热胶带；8-冷却水套；9-水流阀；10-水槽；11-测试台；12-旋转装置实验装置包含以下设备：1）发热量输入设备。

热管工作的几个极限

热管工作的几个极限热管是一种热传导元件，能够有效地传导热量，常被用于各类热管理系统中。

热管的性能取决于其设计和工作环境，而在实际应用中，会存在一些极限情况需要特别考虑。

本文将介绍关于热管工作的几个极限情况，并分析其影响和解决方法，以期帮助读者更好地理解热管的工作原理和应用。

一、温度极限热管的工作温度极限是指其能够承受的最高温度。

在超过这个温度范围时，热管可能会出现材料熔化、失效、内部蒸汽压力超限等问题。

在设计和应用热管时必须考虑其工作温度极限，以避免发生意外情况。

针对热管的温度极限，常见的解决方法包括选择适当的工作流体、改进材料、增加热管壁厚度等。

还可以通过加强散热系统、优化工作环境等方式来控制热管的工作温度，以确保其安全可靠地运行。

二、负载极限热管的负载极限是指其能够承受的最大热负荷。

当超过这个负载范围时，热管内的工作流体可能会出现汽液两相不平衡、热管壁温度异常升高等问题，从而影响其正常工作。

为了避免热管的负载极限问题，可以采取一些措施，如增加热管的直径、长度和壁厚、优化工作流体、改善传热器设计等。

通过这些方式，可以提高热管的承载能力，从而更好地适应各种负载要求。

三、蒸汽压力极限热管的蒸汽压力极限是指其内部蒸汽压力的最大允许值。

当蒸汽压力超出这个极限范围时，热管内部可能会出现蒸汽泄漏、压力不稳定等问题，从而影响其传热性能和安全性能。

为了控制热管的蒸汽压力，可以采取一些措施，如选择合适的工作流体、控制热管的工作温度、增加蒸汽压力监测装置等。

通过这些方式，可以有效地避免热管内部蒸汽压力超限的问题，确保其安全可靠地运行。

热管在实际应用中会存在一些极限情况，需要特别加以考虑和控制。

在设计和应用热管时，必须充分了解其温度极限、负载极限和蒸汽压力极限等参数，采取相应的措施来保证其安全可靠地运行。

只有这样，热管才能更好地发挥其热传导作用，为各类热管理系统提供有效的支持。

09-12 传热方式及热管简介

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散热方式——主动散热方式
主动散热方式可以分为风冷散热、液冷散热、热管散热、半导体制冷、化式，相比较而言，也是较廉价的方式。风冷散热从实质上讲就是使用风扇带走散热器所吸收的热量。具有价格相对较低，安装方便等优点。
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热管——结构及工作原理
热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
热管的三个区段
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热管——工作过程动画
热管工作过程动画
注意：热管中的水会因为内部低压而在100℃ 以下就沸腾蒸发。
沼气池
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热传递主要的三种方式——对流
对流：流体(气体或液体)与固体表面接触，造成流体从固体表面将热带走的热传递方式。 Q=H×A×ΔT Q——代表热量，也就是热对流所带走的热量 H——为热对流系数值 A——则代表热对流的有效接触面积 ΔT——代表固体表面与区域流体之间的温度差热对流传递中，热量传递的数量同热对流系数、有效接触面积和温度差成正比关系;热对流系数越高、有效接触面积越大、温度差越高，所能带走的热量也就越多。
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热管——传热极限
热管虽然是一种传热性能极好的元件，但也不可能无限加大热负荷，其传热能力的上限值会受到一种或几种因素的限制，如毛细力、声速、携带、冷冻启动、连续蒸气、蒸气压力及冷凝等，因而构成热管的传热极限(或叫工作极限)。这些传热极限与热管尺寸、形状、工作介质、吸液芯结构、工作温度等有关，限制热管传热量的级限类型是由该热管在某种温度下各传热极限的最小值所决定的。从图中可以看出：当工作温度低时，最易出现粘性极限及声速极限。而在高温下则应防止出现毛细极限及沸腾极限。故热管的工作点必须选择在包络线的下方。

热管的几种传热极限：
毛细极限：指热管由于吸液芯结构为工作介质循环提供的毛细压力的限制而导致的传热极限。

携带极限：当热管内部的蒸汽速度足够高时，液—汽交界面存在的剪切力可能将吸液芯表面的液体撕裂将其带入蒸汽流从而导致蒸发区干涸。

沸腾极限：指热管蒸发段由于径向热流或者管壁温度变得非常高而在吸液芯中液体生存气泡时的最大传热量。

冷凝极限：指由冷凝段的传热能力所制约的热管的传热极限。

声速极限：热管内部的蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发段出口处蒸汽速度可能达到声速或超声速而出现阻塞现象，此时的最大传热量被称为声速极限。

黏性极限：蒸汽的压力由于黏性力的作用不断降低，热管的传热量随着冷凝段蒸汽压力的不断降低而增大，最终热管传热量在蒸汽压力位于冷凝段的末端时降为零而达到极限。

连续流动极限：对于小热管以及工作温度很低的热管，热管内部的蒸汽流动可能处于自由分子状态或者稀薄、真空状态，在这种情况下，由于不能获得连续的蒸汽流，热管的传热能力将受到限制，热管的这种传热极限即为连续流动极限。

冷冻启动极限：指热管在从冷冻状态启动的过程中，从蒸发段流来的蒸汽可能在绝热段或冷凝段再次冷凝而耗尽蒸发段流来的工作介质，导致蒸发段干涸，热管无法正常启动工作时的最大传热量。

电加热管最高温度

电加热管最高温度
电加热管的最高温度取决于多个因素，包括加热管的材质、加热功率、散热情况以及加热时间等。

下面我们将对这些因素进行详细分析。

1．材质：电加热管的材质是决定其最高温度的关键因素之一。

不同的材质具有不同的熔点、热膨胀系数和导热性能等特性，因此其最高温度也不同。

常见的电加热管材质包括不锈钢、铸铁、钛合金等。

其中，不锈钢的熔点较高，因此其最高温度可以达到几百摄氏度甚至更高；而铸铁和钛合金的熔点较低，其最高温度通常在几十摄氏度到几百摄氏度之间。

2．加热功率：加热功率是决定电加热管最高温度的另一个重要因素。

加热功率越大，加热管的温度上升越快，达到的最高温度也就越高。

但是，需要注意的是，加热功率过大可能会导致加热管过热甚至烧坏，因此需要合理选择加热功率。

3．散热情况：电加热管的散热情况也会影响其最高温度。

如果散热不良，热量积累会使加热管的温度持续上升，最终导致过热甚至烧坏。

因此，在设计电加热管时需要考虑其散热性能，如增加散热片、提高空气流动性等措施。

4．加热时间：加热时间也是影响电加热管最高温度的因素之一。

长时间加热会使加热管的温度持续上升，最终导致过热甚至烧坏。

因此，在使用电加热管时需要根据实际需要合理控制加热时间。

综上所述，电加热管的最高温度取决于多种因素的综合影响。

在选择和使用电加热管时需要根据实际情况进行综合考虑，合理选择材质、加热功率、散热措施和加热时间等参数，以确保电加热管的安全、
稳定运行。

同时，对于大功率、高温度的电加热管，建议在专业人员的指导下进行操作和维护。

热管

2.5 携带极限
热管中蒸汽也液体的流动方向相反，在交界面上二者相互作用，阻止对方流动。液体表面由于受逆向蒸汽流的作用产生波动，当蒸汽速度高到能把液面上的液体剪切成细滴并把它带到冷凝段时，液体被大量携带走，使应当通过毛细芯返回蒸发段去的液体不足甚至中断，从而造成蒸发段毛细芯干涸，使热管停止工作，这就达到了热管的携带传热极限。
4.1 碳钢管材的高温蒸汽表面钝化
采用该办法的目的是使管壁净化并且生成致密的蓝色的Fe 成致密的蓝色的Fe3O4氧化膜钝化层，这是一种稳定性极好的保护膜。具体的做法是将净化后的碳钢管加热至500~600 C,冲以水将净化后的碳钢管加热至500~600oC,冲以水蒸气加以表面钝化，此时碳钢管内表面会生成致密而均匀的Fe 生成致密而均匀的Fe3O4氧化膜钝化层。
2.8 冷冻启动极限
在冷冻状态启动过程中，蒸发端来的蒸汽可能在绝热段或冷凝段再次冷冻，这将耗尽蒸发段来的工作介质，导致蒸发段干涸，热管无法正常启动工作。
各传递极限在“操作温度-最大传递热量” 各传递极限在“操作温度-最大传递热量”坐标上的相对位置
从图中可以看出：当工作温度低时，从图中可以看出：当工作温度低时，最容易出现粘性极限及声速极限。最容易出现粘性极限及声速极限。而高温下则应防止出现毛细极限及沸腾极限。沸腾极限。故热管的工作点必须选择在包络线的下方。择在包络线的下方。
4.4 排放法和渗透法
在热管冷凝段部装上排气阀，必要时打开阀将积累的氢气排放出去；后者则是在热管冷凝段部装上钯管，让产生的氢气随时渗透出去。
4.5 氧化除氢法
根据化学理论可知，标准电极电位为正值的元素的氧化物都能被氢还原出来。常见的铜、镍、锌、钴等元素的氧化物都能与氢进行氧化还原反应，只是反应温度不同，反应速度不一样。氧化除氢技术在1990年反应速度不一样。氧化除氢技术在1990年就开始了推广应用，但要求的反应温度都在160oC以上，在工业中的应用受到一定限制。