热管技术及其工程应用
热管技术和工程运用传热极限计算
热管技术及其工程应用热管的传热极限声速极限：热管管内蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发端出口处蒸汽速度可能达到声速或者超声速，而出现堵塞现象，这时的最大传热量被称为声速极限。
毛细极限：热管正常工作的必要条件是△P cap ≥△P v +△P l ±△P g 。
如果加热量超过了某一数值，由毛细力作用抽回的液体就不能满足蒸发所需的量，于是便会出现蒸发段的吸液芯干涸，蒸发段管壁温度剧烈上升，甚至出现烧坏管壁的现象，这就是所谓的毛细传热极限。
沸腾极限：热管蒸发段的主要传热机理是导热加蒸发。
当热管处于低热流量的情况下，热量的一部分通过吸液芯和液体传导到汽-液分界面上，另一部分则通过自然对流到达汽-液分界面，并形成液体的蒸发。
如果热流量增大，与管壁接触的液体将逐渐过热，并会在核化中心生成气泡。
中心生成气泡。
热管工作时应避免气泡的生成，热管工作时应避免气泡的生成，热管工作时应避免气泡的生成，因为吸液芯中一旦形成气泡后，因为吸液芯中一旦形成气泡后，因为吸液芯中一旦形成气泡后，如果不能顺如果不能顺利穿过吸液芯运动到液体表面，利穿过吸液芯运动到液体表面，就将引起表面过热，就将引起表面过热，就将引起表面过热，以致破坏热管的正常工作。
以致破坏热管的正常工作。
以致破坏热管的正常工作。
因此将热管因此将热管蒸发段在管壁处液体生成气泡时的最大传热量称作沸腾传热极限。
粘性极限：当蒸汽的压力由于粘性力的作用在热管冷凝段的末端降为零，如液态金属热管，在这种情况下，在这种情况下，热管传热极限将受到限制，热管传热极限将受到限制，热管传热极限将受到限制，热管的工作温度低于正常温度时将遇到这种热管的工作温度低于正常温度时将遇到这种极限，它又被称为蒸汽压力极限。
携带极限：当热管中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液体撕裂将其带入蒸汽流。
这种现象减少了冷凝回流液，限制了传热能力。
以下就以氨为工质展开五种传热极限的相关计算，氨的物性参数如下表所示：例：工质氨的热管，直径φ=3mm,=3mm,壁厚壁厚d =0.3mm,=0.3mm,长度长度L=300mm L=300mm，工作温度，工作温度240K,有效长度eff l 为150mm 150mm。
关于热管技术在热能工程中的应用
关于热管技术在热能工程中的应用摘要：热管的应用越来越广泛，热管技术也受到越来越多的人们重视热管技术发展到现在，在热能工程中取得了很大的成效并与热能工程技术相互促使彼此不断发展本文将对热管技术的基础知识及其在热能工程中的应用作出介绍，以望能对热管技术及热能工程的研究者有所帮助。
关键词：热管技术；热能工程；应用1热管简析1.1热管的基本结构热管有三个主要组成部分管壳、吸液管（管芯）、与液体管壳一半采用不锈钢、铜、碳钢等金属材料作为主要材料热管是一种封闭式结构，能够承受极大压力吸液管紧贴管壁，通常由孔多毛细的结构材料构成工作液体存在于热管的内部空腔，是工作状态卜传递热量的介质工作液体一般有甲醇、丙醇、水、氨等，不包括管内可能存在的空气或者其他杂物工作液体在工作时处于液体与气体两种状态，一般在热管处于真空状态时被填充进去。
1.2热管的工作原理根据热管的状况可分为三个工作段：蒸发、冷凝、绝热在工作时外部的热量致使蒸发段和内部的液体温度升高继而蒸发，此时蒸发段的气压会迅速升高，当气压升高到饱和蒸发压时热量将会通过潜热的形式传递给蒸汽在这个工作过程中，由于蒸发段的饱和蒸汽压不断的升高，导致冷凝段的气压远低于蒸汽段的气压，这时蒸汽就会从蒸汽通道流向冷凝段，继而在冷凝段发生冷凝放出潜热放出的潜热会通过吸液管与热管管壁将热量传递至管外，如此一来就完成了无外力作用的热传统过程液体释放完热量后将会沿吸液管回流，最终返回到蒸发段，再继续进行卜一次的热传递在这个过程不断反复卜热量将不断的从蒸发段传递至冷凝段在这个过程中，绝热段将起到三点作用：为流动液体提供通道；将冷凝段与蒸发段完全区隔开；确保热管热量失散到外界绝热段的这三点作用有效地保证了热量的传递。
1.3热管技术的特点热管技术与常规换热技术相比具有以卜特点：1.3.1传热效率高热管式热转换器的传热单元，导热性强热管与铜、铝、银等金属相比，同重量状态卜能够多传递几个数量级的热量并且热管换热器的效率一般都在80%以上，能够有效利用形式多样、数量巨大的地热能、太阳能、工业废热等进行能源的回收。
热管技术在热能工程中的应用
浅谈热管技术在热能工程中的应用摘要：热管技术越来越得到人们的重视,热管的应用也日益广泛。
本文首先介绍了热管的基本组成及工作原理，然后分析了热管在热能工程中应用的技术关键，最后阐述了热管技术在热能工程中的应用。
关键词：热管技术；热能工程；应用中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：热管是一种能快速将热能从一点传至另一点的装置，由于它具有超常的热传导能力，而且几乎没有热损耗，因此它被称作传热超导体，其导热系数为铜的数千倍。
热管是一种新型的高效传热元件，最早应用于航天领域，由于其具有极好的传热性能、结构简单、工作可靠、使用寿命长等优点，被迅速推广应用于电子电器、机械设备的冷却等方面。
近 10 多年来热管技术在在热能工程中的应用受到特别重视。
1 热管的基本组成及工作原理1.1 热管的基本组成热管是由管壳、管芯(或称吸液管)和工作液体三部分组成。
管壳是由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器，内部空腔具有较高的原始真空度。
管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成，它一般为金属丝网或烧结的金属粉末。
工业用热管也有采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构。
工作液体是热管工作时传递热量的工作介质，一般有水、氨、甲醇、丙酮、r-21、r-113等，其中水的工作范围为45~210℃。
工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态，它是在热管处于真空状态下被充入，并填满毛细材料中的微孔，然后予以密封的。
1.2 热管的工作原理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，此时，管内将开始两相传热过程。
由于蒸发段被加热而工质蒸发，此时所输入的热量作为蒸发潜热被吸收；又由于热管内预先进行了除气处理(抽真空)，所以充装的工质(液体)容易发生沸腾，蒸发段和冷凝段(热管的两端)存在温差，因而产生压差(蒸气)，蒸气乃从蒸发段流向冷凝段。
因为热管内的蒸气是在其温度下的饱和蒸气，所以由于冷却，在冷凝段的蒸气容易凝结并放出潜热，而还原成液体。
浅谈热管技术在热能工程中的应用
浅谈热管技术在热能工程中的应用热管是由管壳、管芯（或称吸液管）和工作液体三部分组成。
管壳是由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器内部空腔具有较高的原始真空度。
管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成它一般为金属丝网或烧结的金属粉末。
工业用热管也有采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构。
工作液体是热管工作时传递热量的工作介质一般有水、氨、甲醇、丙酮、R-21、R-113等，其中水的工作范围为45~210℃。
工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态它是在热管处于真空状态下被充入并填满毛细材料中的微孔然后予以密封的。
2 热管的工作原理热管一端为蒸发段中间一段为绝热段（即与外界无热交换），另一端为冷凝段。
当蒸发段受热时毛细材料中的液体蒸发产生蒸汽流向另一端冷凝段。
冷凝端由于放热冷却使蒸汽又凝结成液体，液体再沿毛细多孔材料流回蒸发段，如此不断循环将热量从一端传到另一端。
从热管内部的工作过程来看也对应分成三个工作段即汽化段、输运段和放热凝结段。
利用这种原理工作的热管称为毛细管式热管。
另有一种重力式热管又称为两相热虹吸管，重力热管是热能工程中应用最广泛的一种热管。
它可以不用管芯，而是利用凝结段液态工质自身重力沿热管内壁下流到蒸发段（汽化段）。
3 热管技术在热能工程的应用3.1用高温热管蒸汽发生器取代余热锅炉在小氮肥生产中余热回收利用。
3.1.1小氮肥厂生产中用高温热管蒸汽发生器能克服常规余热锅炉的缺点。
氮肥厂造气工艺均以焦炭为原料在煤气发生炉中以富氧空气加水蒸气为气化剂，连续产生750~950℃的高温半水煤气，经过热交换器使半水煤气的温度降至250℃以下，进入后续工艺。
如何利用煤气工段高温半水煤气的余热是节约能源、降低氮肥成本的关键。
常规的方法是采用余热锅炉，煤气走管程，水、汽走壳程，只能产生0.3MPa以下的低压蒸汽，无法满足后续工艺中使用的蒸汽，同时，由于半水煤气成份复杂，含有大量的水蒸气、CO、CO2、N2、H2、O2、CH4及少量的H2S且温度高、含尘量大、飞灰粒度大，易造成换热器的磨损、腐蚀，再加上热应力也容易引起管板和管子的损坏，这些都将严重影响生产和安全。
热管技术及其工程应用
147～350 147～300 150～395 147～300 250～650
400～1 ,000 400～1 ,100 500～1 ,200 1 ,000～1 ,800 1 ,800～2 ,300
相容壳体材料
铝 、不锈钢 、低碳钢 铝 、铁
很多 ,如玻璃窑炉的烟气温度可达 500 ℃、大 型水泥窑尾废气温度一般在 900 ℃～1 ,000 ℃ 左右 、生产陶瓷的隧道窑排气温度也有高达 400 ℃,其中都含有大量余热 ,均可以用热管 回收加以利用 ,在节能领域也是相当有效的 措施.
(3) 深冷手术 深冷手术是在低于 - 60 ℃的温度下治疗 粘膜炎症的适宜方法 ,利用的是焦耳 ———汤 姆逊效应. 因具有无痛感 、不出血 、治疗时间 短等优点而广泛应用于临床. 关于深冷探针 用热管的研究 ,开始是由美国空军飞行动力 学研究所着手研究的 ,然后由美国利特公司 和修斯公司共同研制出来的 ,图 7 为深冷探
图 5 利用地热的热管融雪系统示意图
由于热管的导热率很高 ,可从地热低温热源 中取出热量加热公路表面. 这种系统利用的 是天然热源 ,具有不需能量成本 、不需维修等 优点. 同时 ,由于是低温差传热系统 ,铺路材 料中的热应力小 ,不易产生混凝土裂纹. 再 者 ,由于这一系统是由独立工作的多根热管 组成 ,因此 ,即便有一些热管损坏 ,也不致影 响整个系统. 此外 ,当由于太阳照射 ,公路表 面吸热而升温 ,其温度高于土壤温度时 ,热管 因单向导热性而停止传热 ,处于不工作状态.
物理与工程 Vol. 12 No . 3 2002
较为满意. 而对于大系统深穿透问题 ,算出的 结果往往偏低. 对于大系统 ,其他数值方法往 往很适应 ,能算出较好的结果. 因此 ,已有人将 数值方法与蒙特卡罗方法联合起来使用 ,克服 这种局限性 ,取得了一定的效果.
热管技术在热能工程中的应用分析
热管技术在热能工程中的应用分析摘要：本文旨在探讨热管技术在热能工程中的应用，重点关注热管技术的原理、特点以及在热能工程中的应用优势和局限性。
通过对热管技术的分析和研究，本文发现热管技术具有高效、环保等优点，在热能工程中具有广泛的应用前景。
然而，热管技术也存在一些技术和管理上的挑战，需要进一步完善和发展。
关键词：热管技术；热能工程；应用分析一、引言热管技术是一种利用相变传热原理进行热量传递的技术，具有高效、环保等优点。
在热能工程中，热管技术可以应用于各种场合，如余热回收、空调制冷、电子散热等。
本文旨在探讨热管技术在热能工程中的应用，重点关注热管技术的原理、特点以及在热能工程中的应用优势和局限性。
二、热管技术的原理和特点热管技术是一种利用相变传热原理进行热量传递的技术。
其基本原理是，在密闭的管子内充入一定量的工质，当管子的一端受热时，工质吸收热量蒸发成气体，气体在压差的作用下流向另一端，并在该端放出热量冷凝成液体，液体再通过毛细作用流回受热端，如此循环往复，实热量的传递。
热管技术具有以下特点：（1）高效性热管技术的传热效率非常高，可以达到90%以上，远高于传统的传热方式。
这是因为热管技术利用相变传热原理，使热量在传递过程中损失较小，从而提高了传热效率。
此外，热管技术的传热过程是在密闭的管子内进行的，减少了外部环境对传热过程的影响，也提高了传热效率。
（2）环保性热管技术在传递热量的过程中无需消耗额外的能源，是一种环保的传热方式。
这是因为热管技术利用相变传热原理进行热量传递，无需额外的能源驱动，减少了能源消耗和环境污染。
此外，热管技术的传热效率高，可以减少能源浪费和环境污染。
（3）灵活性热管技术可以应用于各种场合，如余热回收、空调制冷、电子散热等。
这是因为热管技术的传热原理简单，可以根据不同的应用场景进行定制化的设计和制造。
此外，热管技术的传热效率高，可以适用于不同的传热量和传热距离的需求。
（4）可靠性热管技术的传热过程是在密闭的管子内进行的，不易受到外部环境的影响，具有较高的可靠性。
热管技术及其工程应用z
热管的应用领域广泛，涉及到不同的行业和领域，需要针 对不同的应用场景进行定制化设计和优化，以满足多样化 的需求。
热管技术的发展趋势与前景
高效化
随着科技的发展，对热管传热效率的要求越来越高，未来 热管技术将不断向高效化方向发展，提高热管的传热性能 和效率。
长寿命化
热管的使用寿命是衡量其性能的重要指标之一，未来热管 技术将不断追求长寿命化，提高热管的使用寿命和稳定性 。
微型化
随着微型化技术的发展，未来热管技术将向微型化方向发 展，应用于更小规模和更高精度的领域，如微型电子器件 散热等。
智能化
随着智能化技术的发展，未来热管技术将与智能化技术相 结合，实现热管的自适应调节和智能控制，提高热管的传 热热的案例分析
热管内部的相变过程
总结词
相变过程是热管内部传热的关键环节。
详细描述
在热管内部，工作液体在加热条件下发生相变，由液态变为气态，产生蒸汽流动 。这个相变过程伴随着大量热量的吸收和释放，是热管实现高效传热的关键。
热管的传热过程分析
总结词
热管的传热过程涉及多个物理现象。
详细描述
热管的传热过程包括工作液体的汽化、蒸汽的流动、蒸汽的冷凝和回流等环节。这些环节相互作用， 共同实现高效的热量传递。此外，热管内部的传热还受到管壁导热、蒸汽与管壁的对流换热等因素的 影响。
热管在余热回收和热能利用中的应用
总结词：节能环保
详细描述：热管技术广泛应用于余热回收和热能利用，将废弃的热量转化为可利用的能源，提高能源 利用效率，降低能耗和排放，符合节能环保的理念。
热管在新能源领域的应用
总结词：创新驱动
详细描述：随着新能源技术的不断发展，热管技术在太阳能 、风能等新能源领域得到广泛应用。热管能够高效地转换和 利用新能源产生的热能，推动新能源技术的创新和发展。
热管技术原理、性能及应用
热管技术原理、性能及应用热管概述：热管技术是1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。
热管原理：热管利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。
一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。
热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。
管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。
热管一段为蒸发端，另外一段为冷凝端，当热管一段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。
这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。
基本工作过程:典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1．3×(10负1－－－10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。
管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。
当热管的一端受热时毛纫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，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。
如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。
热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到（液－－－汽）分界面；(2)液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；(4)蒸汽在冷凝段内的汽．液分界面上凝结：(5)热量从（汽－－液）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使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。
基本特性:热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性。