浅议热管技术及其在热能工程中的应用(标准版)
热管的结构原理及应用实例
热管的结构原理及应用实例1. 热管的结构原理热管是一种高效的热传导设备。
它由管壳、薄壁管和工作介质组成。
薄壁管内充满了工作介质，通常是液体。
热管的结构原理基于两种热传导：液体的对流传热和汽化再凝结传热。
下面是热管的结构原理的详细说明：•管壳：热管的外壳，通常由金属材料制成。
它用于保护热管的内部结构，并提供机械支撑。
•薄壁管：薄壁管是热管的核心组件。
它通常由高导热金属材料制成，如铜或铝。
薄壁管内部充满了工作介质。
•工作介质：工作介质是热传导的介质，通常是液体。
热管内部的工作介质根据工作温度范围的不同可以选择不同种类的液体，如水、乙醇或铵盐。
工作介质在热管内部发生汽化和凝结的过程，从而实现热能的传递。
•液体对流传热：当热源加热薄壁管的某一部分时，工作介质在该部分蒸发，蒸汽向更冷的部分运动。
蒸汽在较冷的区域发生冷凝，释放出热量。
这种液体对流传热的循环过程实现了热能的传递。
•汽化再凝结传热：在热管的工作过程中，工作介质在薄壁管内交替发生汽化和凝结过程。
薄壁管的内壁具有很好的热传导性能，从而使得工作介质的汽化和凝结过程更加高效。
2. 热管的应用实例热管作为一种高效的热传导设备，在各个领域得到了广泛的应用。
以下是一些常见的热管应用实例：•电子散热：热管可以应用于电子设备的散热。
在电子设备中，高功率元件会产生大量的热量。
通过将热管与散热器结合使用，可以有效地将热量从元件传递到散热器，并通过散热器的散热表面将热量散发出去，从而实现电子设备的散热。
•空调系统：热管也可以应用于空调系统中的热能传递。
通过将热管放置在蒸发器和冷凝器之间，可以实现制冷剂的传递和热能的传导，从而提高空调系统的效率。
•光电设备：热管可以应用于光电设备的冷却。
在高功率光电设备中，发热是一个常见的问题。
通过将热管与光电设备连接，可以及时地将发热部件的热量传递到冷却系统，从而保证设备的稳定运行。
•太阳能应用：热管可以应用于太阳能集热器中。
在太阳能集热器中，热管将太阳能转化为热能，并通过传导将热能传递到储热系统或热水器中，实现太阳能的利用。
热管的原理及应用实例
热管的原理及应用实例1. 热管的原理热管是一种利用毛细作用传递热量的热传输器件。
它主要由一个密封的金属管内部充填着工作流体组成。
热管的原理可以简要概括为以下几个步骤：•蒸发段：热管的工作流体在蒸发段受热变成蒸汽，并且吸热带走热量。
•对流段：蒸汽在对流段中传递到冷凝段，同时冷凝为液体，并且释放出吸收的热量。
•冷凝段：冷凝的工作流体液体通过毛细作用返回到蒸发段，完成循环。
热管通过不断的汽化和冷凝过程，实现了高效率的热传输。
它具有以下一些特点：•高传热效率：热管能够实现高效率的热传输，因为工作流体在蒸发和冷凝过程中，具有高传热系数的特点。
•无需外部动力：热管是靠毛细作用来实现液体循环，无需外部动力，因此具有较低的功耗。
•温度均匀性：热管可以实现温度均匀分布，适用于对温度要求较高的应用场景。
•避免热应力：热管的高传热效率可以避免在恶劣工况下产生热应力造成的热破坏。
2. 热管的应用实例热管作为一种高效的热传输器件，已经在多个领域得到了广泛的应用。
以下是几个热管应用的实例：2.1 汽车发动机散热系统热管在汽车发动机散热系统中的应用已经成为一种趋势。
热管可以将发动机上产生的热量传递到散热器上，实现高效的散热。
它可以提高发动机的工作效率，延长发动机寿命。
2.2 电子设备散热热管在电子设备散热领域也有着广泛的应用。
例如，在笔记本电脑中，热管可以将电子设备产生的热量传递到散热风扇上，从而保持设备的正常工作温度。
热管可以提高设备的稳定性和寿命。
2.3 太阳能热水器热管在太阳能热水器中的应用也很常见。
热管可以将太阳能板上的热量传递到水箱中，从而实现太阳能的热水供应。
热管具有高效的传热性能，可以提高太阳能热水器的热转换效率。
2.4 空调系统热管在空调系统中的应用也逐渐增多。
热管可以用于室内和室外机之间的热量传递，提高空调系统的能效比。
热管还可以降低室内机的噪音和震动，提高舒适度。
2.5 光伏系统热管在光伏系统中的应用也具有重要意义。
热管技术在采暖空调中的应用与发展
另外 热管换热器还有安全可靠 阻力小 单向导 热 热二极管 等特性 热管换热器几乎没有什么机械障碍 是二次间壁换热 热管一般不可能在蒸发段和冷凝段同时破 坏 所以大大增强了设备运行的可靠性 热管换热器非常适 合于回收各种连续生产工艺的余热作为采暖空调工程的热 源 热二极管原理在太阳能 地源能利用及空调系统供排风 热回收工程中有很重要的应用价值
冷 热段结构和位置布置灵活 可以实现汇源分离
１７
专 题 研 讨
由热管组成的换热设备的受热部分和放热部分结构设计和位 置布置非常灵活 汇源分离的距离可以根据实际需要及所 采用的热管性能来定 可以从几十厘米到一百米 可以实 现冷热流体之间的零泄漏 在采暖空调工程中特别适合于 有毒环境下的废热 余热回收
文献［８ ］指出 对于室内温度 ２２ 相对湿度 ５０％ 的 空调工况 在供回风系统中加装热管换热器以后 达到了 以下效果
ａ 在室外温度波动率超过 ４．４ 时 室内温度波动小
于 ０．３ 相对湿度波动小于 ０．５％ ｂ 热管换热器效率接近 １ ０ ０ ％ ｃ 去湿能力比普通系统提高 ６ ２ ％ 比旁通系统提高
系统供 回风之间小温差热能 ２．２ 热管管壁温度的可调性
热管管壁温度可以调节 这在低温余热回收或热交换 中是相当重要的 因为可以通过适当的热流变换把热管管 壁温度调整在低温度流体的露点以上 从而可以防止露点 腐蚀 保证设备长期运行
热管管壁温度的可调性 对采暖空调系统的另一个意 义在于 在供回风系统中 通过调整管壁温度 使冷端 温度低于冷流体露点温度以下 达到既回收显热能又增强 去湿 降低潜热负荷的作用 从而大大改善采暖空调系统 的效果 ２．３ 恒温特性
第9章 热管技术及应用
热量散失
水蒸汽流 水蒸汽冷凝
热量输入 液态水蒸发 液体由于重力 或吸附力回流
顺德职院机电系
9 热管技术及其工程应用
9.2热管的特性 (1)很高的导热性 热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热 阻很小，因此具有很高的导热能力。 (2)优良的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸 发段流向冷凝段所产生的压降很小，温降亦很小， 因而热管具有优良的等温性。 (3)热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积， 这样即可以改变热流密度。
顺德职院机电系
9 热管技术及其工程应用
（1）热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、 耐压、耐热应力的材料制造。在材料的选择上必 须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与 管壳不发生化学反应，不产生气体。 管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等 较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。 管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热 端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不 等时所产生的压力差。
顺德职院机电系
9 热管技术及其工程应用
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。如此循环不已，热 量便从一端传到了另一端！
顺德职院机电系
9 热管技术及其工程应用
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；
顺德职院机电系
9 热管技术及其工程应用
一.两相闭式热虹吸管 两相闭式热虹吸管又称为重力热管， 简称热虹吸管。 其结构和原理如右图所 示。与普通热管原理一样，但不同的是 热管内没有吸液芯，冷凝液的回流主要 是靠自身的重力作用，因此，热虹吸管 的作用有一定的方向性：冷凝段位置必 须高于蒸发段。其结构简单、制造方便、 成本低廉、而且传热性能优良、工作可 靠，因此他在地面上的各类传热设备中 都可以作为高效传热元件，其应用领域 非常广泛。
热管技术
高温热管
高温热管的应用：高温热管换热器
高温热管
高温热管换热器的优点： 传热性能好：热管换热器任意一个腔体内的 流动都是垂直外掠流动，而且两个腔体内的 流形很容易实现纯逆流流动，可以在不改变 冷、热流体入口温度的条件下，增大平均温 差，提高传热效果。 冷、热流体两侧的传热面积可以自由扩展。 传热面局部破坏时，能确保两流体彼此不渗 混合。
脉动热管
脉动热管： Pulsating Heat Pipe（PHP），也叫振 荡热管（Oscillating Heat Pipe，OHP） 将管内抽成真空并充入部分工质后,由于管径足够小, 管内将形成不均匀分布的汽柱和液柱。 在蒸发端，工质吸热产生汽泡，气泡膨胀升压推动 液柱和汽柱从蒸发段流向冷凝段，汽柱到冷凝段后 遇冷收缩并破裂，被冷凝成液体。 在压差推动下，冷却液体从冷凝段回流到蒸发段， 从而实现热量从热端到冷端的传递。
渠氏热管
渠玉芝发明的渠氏超导热管技术，被国外称之为“渠氏理论 传热技术”，已应用于我国的部分炼油厂、钢铁厂的余热回 收、电脑CPU的散热器、青藏两路冻土地带的路基加固处理 等方面，其传热和节能效果十分明显，已引起国外关注。
渠氏热超导管与上世纪60年代发展起来的常规热管完全不 同。常规热管是靠管内介质液态和气态的相变传递汽化潜能， 它受到温度和循环相变速度的限制，有热损，寿命也不高； 而渠氏热超导管的传热介质是由多种无机元素组成，在外因 热的激发下利用微粒子的高频率振动（每秒2亿次以上）传 递热量，无相变，热阻为零，故称为热超导。
脉动热管
脉动热管可以作为一种高效的导热元件广泛应用于 电子元器件冷却，如下图用于冷却多芯片模块的脉 动热管散热翅和用于cpu散热的无风扇散热器。
热管技术的工作原理及在多领域中的应用
热管技术的工作原理及在多领域中的应用1、热管的基本组成及工作原理A、热管的组成：热管主要由主体（一根封闭的金属管）、充注工作介质的内腔和毛细结构（管芯）。
在制作时，管内的空气和其他杂物要清除干净，需为真空状态。
B、热管的工作原理：一个完成的热管，沿轴可分为蒸发段、绝热段和冷凝段三部分。
当热管在工作时，热管的蒸发段受到外界热量影响，此处的工作介质受热蒸发，蒸发后气压迅速升高，由于蒸发段与冷凝段气压不同，蒸发段的蒸汽沿着通道流向冷凝段，冷凝段温度低于蒸发段，于是蒸汽在此处释放热量并冷凝，回落到蒸发段，此时就完成了热量的传递。
如此的周而复始，就完成了大量的热量的传递。
热管热量的传递是无外力自动发生的，利用工作介质的相变来进行的，通常只要有温差，就能产生热量的传递。
由于蒸发段与冷凝段之间是有绝热装置完全隔离开的，因此能够保证热管内的热量不会散失到外界，保证了热量的传递。
2、热管技术的应用由于热管技术具有很快的传热速度，因此被应用于各个领域。
而且在使用过程中，可根据实际使用情况，可通过热管将热源和冷源完全分离开来完成热量的传递，非常的灵活和便捷。
A、在航空航天中的应用热管技术最早是应用于航天航空中的。
航天器在天空中时，向着阳光的一面温度高，背阴面温度较低，温差较大，而利用热管技术，热管的蒸发段从向阳的一面吸收热量，传递到背阴的一面，以此来实现两侧温度的平衡，避免两侧的温差过大，导致航天器出现故障。
B、工业领域中的热回收应用在工业领域，余热资源非常多，但能够再次进行利用的却很有限，由于技术或资金的原因，导致一些余热资源被浪费掉了。
如很常见的烘干或类似的工序，需要先将环境中的空气（即新风）送进反应炉中，经过加温，加热到符合条件的热度后，在进行下一步作业，为保证炉内空气的新鲜和维持一定的压力，需要将作业完后的空气排出，此时排除的空气会带有一定的热量；通过热管技术，对这部分热量进行回收，对新风进行预热，就减少了能源的投入，降低了成本。
热管技术 (2)
热管技术1. 简介热管技术是一种使用液体在闭合的金属管道中进行传热和传质的技术。
热管由蒸汽和液体组成，通过液体在内部与外部之间的传热传质来实现冷却或加热的目的。
热管技术广泛应用于各种领域，包括电子设备散热、空调系统、航天器热控等。
2. 原理热管内部通常填充着工作介质，如水、铵、乙醇等。
当热管的一端受热时，工作介质在高温处蒸发成为蒸汽，然后蒸汽通过内部的毛细结构传输到低温处，再由于低温损失能量而冷凝成为液体。
液体由于重力或毛细力作用返回热源端，形成一个封闭系统。
这样循环往复，使得热能能够通过液体的相变和气液传导来传递。
3. 优势3.1 高传热效率由于热管内部液体的相变和气液传导，热管的传热效率相对较高。
相比于传统的散热方式，热管技术能够更有效地将热量传递到远离热源的部分，提高散热效果。
3.2 紧凑型设计热管技术相对于其他传热装置具有较小的体积和重量，可以实现更紧凑的设计。
这对于有空间限制的应用非常有优势，如电子设备和航天器上的散热系统。
3.3 没有机械运动部件热管技术没有机械运动部件，因此具有较低的噪音和振动，提高了系统的可靠性和寿命。
3.4 高可靠性热管技术采用封闭的设计，能够在各种环境条件下稳定运行。
由于没有机械部件，热管技术具有较高的可靠性和寿命。
4. 应用领域4.1 电子设备散热电子设备的高功率密度和紧凑设计使得散热成为一个重要的问题。
热管技术可以高效地将散热器与热源连接起来，提高散热效果，保证电子设备的稳定性和可靠性。
4.2 空调系统热管技术可以应用于空调系统中，通过传热传质来调节室内温度。
热管技术的高传热效率和紧凑设计使得空调系统更加高效和节能。
4.3 航天器热控航天器在太空中的温度变化较大，需要进行热控以保证航天器内部设备的正常工作。
热管技术可以通过吸热和放热来调节航天器内部的温度，实现热平衡。
5. 局限性5.1 温度限制热管技术的工作温度通常在-50℃到100℃之间，超过这个温度范围可能会造成热管的性能损害。
热管技术及其工程应用
图2.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
从传热状况看，热管沿轴向 可分为蒸发段，绝热段和冷凝段 三部分。
国外资料:
(From )
A traditional heat pipe is a hollow cylinder filled with a vaporizable liquid. A. Heat is absorbed in the evaporating section. B. Fluid boils to vapor phase. C. Heat is released from the upper part of cylinder to the environment; vapor condenses to liquid phase. D. Liquid returns by gravity to the lower part of cylinder (evaporating section).
引了很出现了供应商品热管的部门，热管的应用范围从宇航扩大
地用热管做成锅炉给水预热器，解决了排烟的露点腐蚀问题。
·1980年美国Q-Dot公司生产了热管废热锅炉，日本帝人工程公司也成功
· 1984年Cotter较完整地提出了微型热管的理论及展望，为微型热管的研究
第二章 热管及其特性
一.热管的组成
热管：是一种传热性极好的人工 构件，常用的热管由三部分组成： 主体为一根封闭的金属管（管 壳），内部空腔内有少量工作介 质（工作液）和毛细结构（管 芯），管内的空气及其他杂物必 须排除在外。热管工作时利用了 三种物理学原理：
⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的 多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可 使液体流动。
- 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)。
( 安全管理 )
单 位：______________________
姓 名：______________________
日 期：______________________
编号：AQ-SN-0486
浅议热管技术及其在热能工程
中的应用(标准版)
Safety management is an important part of enterprise production management. The object is the
state management and control of all people, objects and environments in production.
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 1 页
浅议热管技术及其在热能工程中的应用
(标准版)
热管技术现在运用的越来越频繁，本文对热管的基本组成，热
管的工作原理，以及热管的分类和热管在应用的过程中，所要解决
的技术关键做了详细的分析，并且对热管技术在热能工程的应用进
行了分析和研究，给以后的热管研究提供了参考。
随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是与日俱进，
热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非常高，是铝、银等金
属的上千倍。如果使用热管技术，热管的截面非常的小，并且不需
要加入任何的动力就可以让巨大的热能，进行传输。因此，热管在
热能工程的应用越来越广泛。
热管的组成和原理
说明：安全管理是企业生产管理的重要组成部分，是一门综合性的系统科学。
安全管理的对象是生产中一切人、物、环境的状态管理与控制，安全管理是一
种动态管理。可以下载修改后或直接打印使用（使用前请详细阅读内容是否合
适）。
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 2 页
1.1.热管的组成
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：
1.1.1.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；
1.1.2.液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；
1.1.3.蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；
1.1.4.蒸汽在冷凝段内的汽．液分界面上凝结：
1.1.5.热量从（汽－－液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 3 页
给冷源：
1.1.6.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。
1.2.热管的原理
在加热热管的蒸发段，管芯内的工作液体受热蒸发，并带走热
量，该热量为工作液体的蒸发潜热，蒸汽从中心通道流向热管的冷
凝段，凝结成液体，同时放出潜热，在毛细力的作用下，液体回流
到蒸发段。这样，就完成了一个闭合循环，从而将大量的热量从加
热段传到散热段。
当加热段在下，冷却段在上，热管呈竖直放置时，工作液体的
回流靠重力足可满足，无须毛细结构的管芯，这种不具有多孔体管
芯的热管被称为热虹吸管。热虹吸管结构简单，工程上广泛应用。
热管应用的技术关键
2.1.很高的导热性
热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此
具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 4 页
可多传递几个数量级的热量。
2.2.优良的等温性
热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和
温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力
学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。
2.3.热流密度可变性
热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加
热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较
大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可
以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。
2.4.热流方向的可逆性
一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因
此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。
此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先
放热后吸热的化学反应器及其他装置。
2.5.环境的适应性
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 5 页
热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的
转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式
的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可
以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。
热管技术在热能工程中的应用
3.1.炼焦炉余热回收工程中的应用一般的情况下，从炼焦炉被
释放出来的烟气，温度会非常的高，不进行回收利用，就会造成非
常大的浪费。如果把热管技术运用到炼焦炉，并且安装到烟囱内，
这些大量的余热就可以回收利用。第一个步骤，在热管内，工作介
质对于烟囱内的热量进行有效的吸收，并且蒸发成气体，这些气体
会传送到凝结段，进行热量的释放后，开始凝结，当能量完全的释
放之后，继续变成液态的介质，再一次的流回蒸发段，继续的循环。
通过凝结段的使用，得到的热量，应该进行加热，除去盐水，因为
热管传送的热量类型非常多。所以汽和谁的混合物就会大量的产生，
并且沿着上升管在集箱的内部汇进行合，并且在最后都进入汽包实
现分离。
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 6 页
3.2.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｡
3.3.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｡
随着传统能源变得越来越少，把热管技术成功的使用在热能工
机械安全 | Mechanical Safety
机械安全
第 7 页
程，不仅仅可以完成热能的合理流动，同时还可以减少大量的能量
损失，有效的实现节约资源和能源的目标。总之,热管技术已深入人
们生活的各个领域,从军工到民用,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｡
XXX图文设计
本文档文字均可以自由修改