超导热管的性能研究
高温超导热管及应用锅炉情况介绍
热管技术概况及前景一、热管技术的发明及早期应用1942年，美国的一位汽车工程师发明了热管，20世纪60年代初，它被原子能协会与国家航天部门用于冷却飞船与核反应堆，20世纪70年代，热管作为全新风系统中的热能回收装置而最终在暖通行业中体现出其优越性。
之后热管技术在各个领域都逐步得到发展，其应用范围也越来越广泛。
二、热管技术的基本特征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，按工作温度分为低温（-200～+50℃），常温（50～250℃)，中温（250～600℃)，高温（高于600℃）热管。
具有以下基本特征：⑴很高的导热性。
⑵优良的等温性。
⑶热流密度可变性。
⑷热流方向的可递性。
⑸热二极管及热开关性能。
⑹恒温特性（可控热管）。
⑺环境的适应性。
与常规换热技术相比，热管技术之所以能不断受工程界欢迎，是因其具有如下的重要特点：⑴热管换热设备较常规设备更安全、可靠、可长期连续运行。
⑵热管管壁的温度可调性。
⑶冷热段结构位置布置灵活。
⑷热管换热设备效率高，节能效果显著。
三、低、常温热管技术的应用随着科学水平的不断提高，热管研究和应用领域也将不断扩宽，新能源的开发，电子装置芯片冷却，笔记本电脑CPU冷却及大功率晶体管，可控硅元件，电路控制板的冷却，化工，动力，冶金，玻璃，轻工，陶瓷，制冷空调等领域的高效传热传质设备的开发，都在积极促进热管技术的进一步发展。
热管技术被公认是一种很有价值的传热新技术，在空间技术、电器工业、核电工业、化学工业、食品工业、动力机械、工业余热回收等很多方面都得到了广泛应用。
以低温和中温热管为例其应用空间主要包括:1、热管技术在化工及石化领域的应用热管及热管换热器近年来在石油化工领域中的应用已愈来愈受人们的重视，它具有体积紧凑、压力降小、可以控制露点腐蚀、一段破坏不会引起两相流互混等优点，提高的设备的运行效率和可靠性。
它在石化领域的应用可谓是无所不在。
2、热管技术在建材及轻纺织工业领域的应用建材行业如水泥、陶瓷等工业都要消耗大量的能量，以陶瓷为例，据统计，能源费占生产总成本的40%以上。
超导热管技术在家庭实际应用中的实验研究
超导热管技术在家庭实际应用中的实验研究作者：红兰赵智海王启文来源：《中国科技纵横》2012年第20期摘要:本实验旨在设计出一种能很好利用热管特性的,充分满足当今市场需求的制冷取暖设备,是一种控制、调节室内温度的装置。
本文介绍了此实验装置的设计结构、工作原理以及应用效果。
实验中采用的热管功率很低,实验结果表明仅为0.05千瓦时,24小时不停歇供热或制冷的情况下,每天耗电仅3.6千瓦,可供20平方米面积的房间使用,相对现有的空调等制冷制热设备来说,此装置无污染,无噪音,无风,绿色健康,节能省电环保,具有实用性。
关键词:热管技术制冷取暖设备环保节能随着科学技术的发展,新技术、新材料不断涌现。
热超导材料是一种黑色粉末状无机材料,在管子或夹层空隙中灌入40万分之一的这种超导材料粉末后,加热使空隙内可能残存的水分和部分空气排除后密封,便成了超导热管。
1964年,Grover等人[1]独立地提出了类似于Gauler的传热元件,并且取名热管。
Levy,Deverall和Kemme等人以及Busse[2]对于声速极限理论作出了较大的贡献。
Busse 还提出了适用于液态金属热管起动过程的粘性极限理论。
田长霖教授在双组分热管、毛细芯性质、蒸汽流动及热管性能研究方面都作出了很大的贡献[3-6]。
1974年以后,热管在节约能源和新能源开发研究方面得到了充分的重视。
我国从20世纪70年代期开始研制热管,目前国内有数家高等院校、科研院所从事热管技术的研究开发,有数十家制造热管的工厂[7-8]。
由于热管具有优良的导热性能,且其形状可以随热源和冷源的条件而变化,因此热管技术在很多领域得到了广泛应用。
除了航天领域、火力发电站、电子器件散热等等方面的应用以外、也有人想到将热管应用到取暖加热的设备当中。
随着空调的迅速普及,空调的用电负荷在逐年猛增,空调能耗已占全国耗电量的15%左右。
在夏季用电高峰时期,空调用电负荷甚至高达城镇总体用电负荷的40%左右。
石墨烯超导热管散热性能实验研究
石墨烯超导热管散热性能实验研究
刘泽珙
【期刊名称】《化工机械》
【年(卷),期】2024(51)2
【摘要】为优化室内地暖的散热效果,应用石墨烯超导冷暖技术,设计石墨烯超导热管,并通过实验研究石墨烯超导热管散热性能。
选取石墨烯超导热管、铝极干式热管和传统湿式热管,构建热管实验装置,分别对3种热管的散热性能进行测试,并将测试结果通过数据处理与误差分析方法进行处理。
经实验可知:传统湿式热管在热管启动时启动温度上升速度最慢,且在不同充液率下始终保持较低的导热系数、较高的热阻,说明该热管的散热性能较弱;而铝极干式热管在测试时虽然具备一定的散热能力,但依然弱于石墨烯超导热管;在石墨烯超导热管测试过程中,其在不同启动温度下均能迅速达到相应温度,且总热阻较低、导热系数较高,可迅速实现散热。
当导管的充液率较高时,热管的冷凝段和蒸发段的温差较低,具有较好的散热效果,且石墨烯超导材料还能够提高热管强化作用率,使热管散热效果更强。
【总页数】7页(P201-206)
【作者】刘泽珙
【作者单位】清华大学社科院人类命运共同体研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TK79
【相关文献】
1.石墨烯复合材料对功率器件散热性能影响的仿真与实验研究
2.石墨烯纳米片-水纳米流体重力热管的传热性能实验研究
3.基于石墨烯涂层的热管散热器散热性能研究
4.氧化石墨烯-水重力热管传热性能实验研究
5.氧化石墨烯脉动热管传热性能实验研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
超导研究报告
超导研究报告超导现象是指在特定的低温条件下，某些材料的电阻突然消失，电流可以在其中无阻力地流动。
这一神奇的现象自发现以来，一直吸引着科学家们的极大关注，并在众多领域展现出了巨大的应用潜力。
一、超导的历史与发现超导现象的研究可以追溯到 1911 年，荷兰物理学家海克·卡末林·昂内斯（Heike Kamerlingh Onnes）在实验中发现，当温度降低到 42K 时，汞的电阻突然消失，这是人类首次发现超导现象。
此后，科学家们不断探索新的超导材料，并逐渐提高超导转变温度。
在早期的研究中，超导材料主要集中在金属和合金领域。
然而，这些材料的超导转变温度普遍较低，限制了其实际应用。
直到 1986 年，瑞士科学家缪勒（K Alex Müller）和柏诺兹（J Georg Bednorz）发现了铜氧化物高温超导材料，将超导转变温度提高到了 30K 以上，开创了超导研究的新篇章。
二、超导的基本原理超导现象的产生源于材料内部的电子行为。
在常规导体中，电子在运动过程中会与晶格发生散射，从而产生电阻。
而在超导体中，电子会通过某种机制形成成对的“库珀对”（Cooper pair），这些库珀对可以在材料中无阻力地运动，从而实现零电阻。
根据目前的理论，超导可以分为传统超导和高温超导两类。
传统超导的理论基础是 BCS 理论（BardeenCooperSchrieffer theory），该理论认为电子通过与晶格振动相互作用形成库珀对。
而高温超导的机制则更为复杂，目前尚未有完全统一的理论解释。
三、超导材料的分类1、低温超导材料低温超导材料主要包括金属及其合金，如铌钛合金（NbTi）和铌锡合金（Nb3Sn）等。
这些材料的超导转变温度较低，通常需要液氦冷却才能实现超导态，因此应用成本较高。
2、高温超导材料高温超导材料主要包括铜氧化物和铁基超导体等。
铜氧化物超导体的超导转变温度可以达到液氮温区（77K）以上，大大降低了冷却成本，为其实际应用带来了希望。
超导热管的导热原理
超导热管的导热原理引言超导热管是一种高效的导热器件，广泛应用于电子设备散热和工业制冷等领域。
本文将深入探讨超导热管的导热原理，包括工作原理、结构特点、热传导机制等方面的内容。
工作原理超导热管的工作原理基于两种物理现象：超导效应和热管效应。
超导效应超导效应是超导热管能够实现高导热性能的基础。
当超导热管内的工质处于超导状态时，工质的电阻变为零，从而使得电流可以在工质内无阻力地流动。
这样，超导热管内的热量可以通过电流的传导方式快速传递，实现高效的导热。
热管效应热管效应是超导热管实现热量传递的关键。
超导热管内部由多个环形截面的细小通道组成，这些通道充满了导热工质。
当超导热管的一端受到热源加热时，热量将导致工质在通道内沸腾蒸发，并形成蒸汽。
蒸汽在热管内部产生压力差，从而使得蒸汽沿通道流动，将热量带到超导热管的另一端。
在另一端，蒸汽会冷凝成液体，释放出热量，然后通过毛细结构回流到加热端，形成闭合的热传导循环。
结构特点超导热管的结构特点决定了其优异的导热性能和适应性。
金属壳体超导热管的外部通常由金属壳体包裹，起到保护内部结构和工质的作用。
金属壳体通常采用铜或铝等高导热材料制成，以便更好地传导热量。
导热工质超导热管内充满了导热工质，通常选择高导热性能的液态金属或液态气体作为工质。
常见的工质有铜、银、氢气等，具体选择取决于应用场景和导热要求。
毛细结构超导热管内部的毛细结构起到关键的导热作用。
毛细结构通常由多个细小的通道组成，这些通道可以增加导热工质与热源之间的接触面积，提高热量传递效率。
热传导机制超导热管的热传导机制主要包括三个方面：热传导、相变传热和对流传热。
热传导热传导是超导热管内热量传递的基本机制。
在超导热管中，热量通过导热工质的传导方式快速传递。
导热工质的高导热性能保证了热量能够快速从热源一端传递到另一端。
相变传热相变传热是超导热管内热量传递的重要方式。
当热量沿着超导热管传递时，导热工质在热源一端蒸发成蒸汽，然后在冷却端冷凝成液体。
热管和U行管的资料
热管和U 型管的资料一、热管：玻璃真空集热管有着非常好的吸收性能，它所形成的高真空，可最大限度地减少热损，其选择性涂层能有效地将太阳光的直射辐射和慢射辐射能都传递给超导热管，同时它还担负着有效的吸收太阳能和保温绝热的作用，即使在环境不利的条件下也能阻止热量流失；超导热管担负着迅速传递太阳热能的作用。
这二者高技术的优化组合，大大提高了集热性能。
真空热管太阳能热水系统即使在冬季热交换率也能达到55%以上。
·全年全天候使用：无论在南方和北方，即使是-40度的情况下，该产品也能正常运行，避免普通太阳能热水器真空管内有水被冻裂的可能性。
·可靠性：因真空管内不走水，所以不会产生水垢、炸管现象，更不会在严寒气候条件下出现真空管冻裂现象，在-50度的条件下仍能正常工作。
·超导集热真空管具有超强吸热、超快导热和超长寿命三大特点。
·选用硼硅3.3特硬玻璃，具有高透光率、低膨胀率、低发射率等优点。
极低的膨胀系数保证了真空集热管在高温和低温环境中使用不炸管，并能抵抗35mm 冰雹冲击而不损坏。
·承压能力：0.6Mpa 。
性能参数：二：U 行管U 型管是将一根直铜管在一定部位弯成U 型，两端平行，且一端高于另一端一定距离。
U 型管走水管路是由两根横向平行的走水主管和数根竖向平行、等间距排列的U 型管组成。
U 型管集热器是由U 型管走水管路、保湿层、真空管及集热器框架等组成。
包括真空集热管及U 型金属管和金属片，所述U 型金属管插装在真空集热管中，U 型金属管的上端伸出管口，金属片装在真空集热管内并固定在U 型金属管的一根竖管上。
由于金属片装在U 型金属管一侧的竖管上，即可使该侧竖管内的水温比另一侧竖管内的水温高而自动产生较强的水流动力，具有冷热水循环效果好、热传导效率高、不炸管和不漏水等优点，同时还由于U 型金属管结构简单，真空度≥5×10-3Pa(帕)涂层氮化铝吸收率≥0.93发射率≤0.08启动温度≤25℃闷晒最高温度250℃耐冻性-40℃寿命≥10年抗风30m/s (11级)抗冰雹35mm 玻璃管材料：高硼硅玻璃加铜管吸热板铜型材单管重量1.5kg 2.36kg （千克）单管尺寸（mm ）ф47×1500/ф58×1800/ф70×1700冷凝端尺寸(mm)15×50传热温升＞95%成本比热管低很多，是一种价廉物美的产品，既适合与水箱在一起组成整体式太阳能热水器使用，又适合与水箱分离而组成分体式太阳能热水器使用。
靳刚—超导热管技术原理简介 Microsoft Office Word 文档
一：超导热管余热回收装置系统1，热管工作原理：从热力学的角度看，热管之所以具有的良好的导热能力，源自物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。
从热传递的三种方式来看（辐射、对流、传导），其中热传导最快。
热管就是利用蒸发制冷，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，充入适当的导热介质液体，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。
热管一端为蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，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。
（后附热管工作原理示意图）2，热管工作原理示意图：3，超导热管锅炉、窑炉尾气余热回收装置的介绍a，概述：工业燃油、燃气、燃煤锅炉（窑炉）设计制造时，为了防止锅炉尾部受热面腐蚀和堵灰，标准状态排烟温度一般不低于180℃、最高可达250℃，（有机热载体锅炉、窑炉尤其明显）高温烟气排放不但造成大量热能浪费，同时也污染环境。
锅炉热效率一般在70%左右，而其他30%热能大部分经过烟道排空浪费。
超导热管锅炉、窑炉尾气余热回收装置是我们探索研究多年的成果，该装置简单可靠；不改动锅炉本体任何部分、施工期短，使用中没有任何风险，并可大大降低锅炉、窑炉运行成本。
b，技术特点：（1）高科技技术。
热管是靠工质相变时吸收和释放汽化潜热，以及工质流动来传导热量的，导热率高，其导热能力远远大于已知的任何金属。
设计独特，节能效果显著。
采用热管侧高频焊接翅片的工艺扩展换热面积，其传热系数与传统列管换热器相比可提高4倍以上。
（2）等温性能好。
热管内腔处于饱和状态的蒸汽由蒸发端流向冷凝端的压力很小（只有1℃左右）。
烟气余热回收装置原理及优势
烟⽓余热回收装置原理及优势烟⽓余热回收装置原理及优势烟⽓余热回收装置是燃油、煤、⽓锅炉专⽤设备，安装在锅炉烟⼝或烟道中，烟⽓余热回收装置四周管箱，中间隔板将两侧通道隔开，单根热管可更换。
⼯作时，⾼温烟⽓从左侧通道向上流动冲刷热管，此时热管吸热，烟⽓放热温度下降。
热管将吸收的热量导致右端，空⽓或⽔从右侧通道向下逆向冲刷热管，此时热管放热，空⽓或⽔吸热温度升⾼。
余热回收器出⼝烟⽓温度不低于露点。
1）烟⽓余热回收装置特点：1、热管余热回收器体积⼩，传热效率⾼。
热管除了由相变传热外，相同热负荷条件下，管数可减少，流通⾯积扩⼤，流速降低，⼤⼤减轻磨损。
热管换热器冷热流体采⽤纯逆流⽅式布置，传热系数⾼，重量轻，布置⽅便。
2、热管余热回收器具有良好的抗腐蚀能⼒。
热管靠管内液体相变传热，其管壁温度控制在露点以上，使管壁外侧不会凝露粘灰，抗腐蚀能⼒⼤为增强。
3、热管余热回收器使⽤寿命长，单台使⽤寿命达⼗年以上，单根热管可拆卸更换，维护简单成本低。
热管烟⽓余热回收装置⼯作原理：超导热管是烟⽓余热回收装置的主要热传导元件，与普通的热交换器有着本质的不同。
热管烟⽓余热回收装置的换热效率可达98％以上，这是普通热交换器⽆法达到的。
热管烟⽓余热回收装置体积⼩，只是普通热交换器的1/3。
左边为烟⽓通道，右边为清洁空⽓（⽔或其它介质）通道，中间有隔板分开互不⼲扰。
⾼温烟⽓由左边通道排放，排放时⾼温烟⽓冲刷热管，当烟⽓温度＞30℃时，热管被激活便⾃动将热量传导⾄右边，这时热管左边吸热，⾼温烟⽓流经热管后温度下降，热量被热管吸收并传导⾄右边。
常温清洁空⽓（⽔或其它介质）在⿎风机作⽤下，沿右边通道反⽅向流动冲刷热管，这时热管右边放热，将清洁空⽓（⽔或其它介质）加热，空⽓流经热管后温度升⾼。
由若⼲根热管组成的烟⽓余热回收装置,安装在锅炉或窑炉烟⼝，将烟⽓中热量吸收并⾼速传导⾄另⼀端，使排烟温度降⾄接近露点⽽减少热量排放损失。
加热后的清洁空⽓可烘⼲物料或补充到锅炉、窑炉内循环使⽤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
超导热管性能研究
热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。
热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。
其结构如图所示：
热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。
蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。
在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。
放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。
冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。
如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。
绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。
在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。
根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。
基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。
(1) 产品展示
(2) 产品参数说明
(3) 产品性能测试图例
图1 长度700mm的真空退火管最大传热功率测试
图2 热管等温性测试曲线。