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关于热管的调研报告 1 概述 1.1 热管研究的意义

发布时间:2019-09-04 22:39

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  合于热管的调研告诉 1 概述 1.1 热管钻研的意旨 因为天下上燃煤、石油、自然气资源储量有限而面对着能源欠缺的 面子、各都门竭力于新能源开垦并踊跃展开余热接收及节能做事。余热 接收是俭仆能源和降低能源的行使率的厉重途径,热管换热器举动一种 新型换热器与惯例的换热器比拟有着换热作用高、合用换热限度广、工 作牢靠等甜头,正在余热行使方面越来越惹起人们的侧重。热管本能的优 劣直接影响着换热摆设运转处境的瑕瑜,热管本能及造造工艺的钻研有 很是厉重的意旨。 1.2 热管的做事道理 热管的根本做事道理如图 1-1 所示,模范的热管由管壳、吸液芯和端 盖构成,将热管内抽成 1.3×(10-1~10-4)Pa 的负压后充以适量的做事液 体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细众孔资料中充满液体后加以密封。管的 一端为蒸发段(加热的) ,另一端为冷凝段(冷却段) ,按照操纵必要正在 两头中心可安插绝热段。当热管的加热端受热时毛细芯中的液体蒸发汽 化,蒸汽正在微细的压差卑鄙向冷凝段,蒸汽遇冷凝聚成液体,液体靠众 孔资料的毛细力或重力的用意流回到蒸发段。如许轮回不已,热量由热 管的一端传至另一端。 1.3 热管的特性 热管是靠自己内部做事液体思变来竣工传热的传热元件, 具有以下基 本特色: (1)很高的导热性 热管内部重要靠做事液体的气、液相变传热、热阻很小,具有很高的 导热性。 (2)优秀的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和形态的,饱和蒸汽的压力决策于饱和温 度,饱和蒸汽从蒸发阶段流向冷凝阶段所发生的压降很小,温降亦很小, 因此热管具有优秀的等温性。 (3)热流密度可变性 热管可能独立转换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 者热管可能较大的传热面积输入热量,而以较小的冷却面积输出热量, 如许即可能转换热流密度,处置少许其他形式难以处置的传热困难。 (4) 热流宗旨的可逆性 一根秤谌安放的有芯热管, 因为内部轮回动 力是毛细力,所以轻易一端受热就可举动蒸发段,而另一端向外散热就 成为冷凝段。 (5) 热二极管与热开合本能 热管可做成热二极管或热开合, 所谓热 二极管即是只许诺热流向一个宗旨活动,而不许诺向相反的宗旨活动; 热开合则是当热源温度高于某一温度时,热管入手下手做事,当热源温度低 于这一温度时,热管就不传热。 (6)恒温特色(可控热管) 浅显热管的各局部热阻根本上不随加热 量的转变而变,所以当加热量转变时,热管各局部温度亦随之转变。但 人们繁荣了另一种热管——可变导热管,使得冷凝段的热阻随加热量的 添补而低重、随加热量的淘汰而添补,如许可使热管正在加热量大幅转变 的情景下,蒸汽温度转变极小,竣工温度的节造,这即是热管的等温特 性。 (7) 境遇的顺应性 热管的体式可随热源和冷源的要求而转变, 热管 可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等,热管也可能 做因素离式的以顺应长间隔或冷热流体不行夹杂的情景下的换热;热管 既可能用于地面(重力场) ,也可用于空间(无重力场) 。 1.4 热管的分类 热管的花样较众,常用的分类形式有以下几种。 (1)遵守热管管内做事温度辨别 热管可分为低温热管(-273~0℃) 、 常温热管(0~250℃) 、中温热管(250~450℃) 、高温热管(450~1000℃) 等。 (2) 遵守做事液体回活动力辨别 热管可分为有芯热管、 两项闭式热 虹吸管(又称重力热管) 、重力辅帮热管、挽回热管、电流体动力热管、 磁流体动力热管、浸透热管等等。 (3)按管壳与做事液体的组合办法划分,可分为铜 -水热管、碳钢水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管等。 (4) 按组织花样辨别 可分为浅显热管、 离散式热管、 毛细泵回热管、 微型热管、平板热管、径向热管等。 (5) 按热管的功用划分 可分为传输热量的热管、 热二极管、 热开合、 热节造用热管、仿线)毗连活动极限 对付小热管,如微型热管,以及做事温度很低的热管,热管内的 蒸汽活动恐怕处于自正在分子形态或淡薄、真空形态。这时,因为不行获 得毗连的蒸汽流,传热才智将受到限定。 (2)冷冻启动极限 正在冷冻形态启动进程中, 蒸发轫来的蒸汽恐怕正在绝热段或冷凝段 再次冷冻,这将耗尽蒸发段来的做事介质,导致蒸发段穷乏,热管无法 寻常启动做事。 (3)粘性极限 正在蒸汽温度低时,做事流体的蒸汽正在热管内的活动受粘性力支 配,即热管中蒸汽活动的粘滞阻力限定了热管最大传热才智。粘性极限 只与工质物性、热管长度和蒸汽通道直径相合,而与吸液芯的几何体式 和组织花样无合。 (4)声速极限 热管中的蒸汽活动相同于伐尔喷管中的气体活动。当蒸发段温度一 定,低重冷凝段温度可使蒸汽流速加大,传热量因此加大,传热量因此 加大。但当蒸发段出气语气速抵达声速时,进一步低重冷凝段温度也不 能再使蒸发段的出口处气速高出声速,因此传热量也不再添补,这时热 管的做事抵达了声速极限。 (5)领导极限 热管中蒸汽也液体的活动宗旨相反, 正在接壤面上二者彼此用意, 禁止 对方活动。液体外貌因为受逆向蒸汽流的用意发生动摇,当蒸汽速率高 到能把液面上的液体剪切成细滴并把它带到冷凝段时,液体被洪量领导 走,使该当通过毛细芯返回蒸发段去的液体不敷以至结束,从而酿成蒸 发段毛细芯穷乏,使热管勾留做事,这就抵达了热管的领导传热极限。 (6)毛细极限 正在热管运转中, 当热管中的气体液体的轮回压力降与所能供应的最大 毛细压头抵达平均时,该热管的传热量也就抵达了最大值。假如这时加 大蒸发量和冷凝量,则会因毛细压头不敷使抽回到蒸发段的液体不行满 足蒸发所必要的量,以至会产生蒸发段吸液芯的穷乏和过热。导致壳壁 温度猛烈升高,以至“销毁” 。 (7)冷凝极限 冷凝极限指通过冷凝段汽-液接壤面所能通报的最大热量。热管最大 传热才智恐怕受到冷凝段冷却才智的限定,不凝性气体的生计低重了冷 凝段的冷却作用。 (8)欢腾极限 热督工作中当其蒸发段径向热流密度很大时, 将会使管芯内做事液体 欢腾。当径向热流密度抵达某一临界值时,对付吸液芯的热管,因为所 产生的洪量气泡梗塞了毛孔,削弱或损坏了毛细抽吸用意,以致凝聚液 回流量不行满意蒸发恳求。 下图标示了各通报极限正在“操作温度-最大通报热量”坐标上的相对 地方。 从图中可能看出: 当做事温度低时, 最容易浮现粘性极限及声速 极限。而高温下则应防备浮现毛细极限及欢腾极限。故热管的做事点必 须采取正在包络线、热管的计划 热管计划正在前,开始该当琢磨确定以下几点身分: (1)热管的做事 温度,亦即做事情景下热管内部液体的饱和蒸汽温度; (2)热管管壳材 料的采取; (3)热管管内做事液体的采取; (4)热管管内吸液芯组织形 式。 2.1 热管的做事温度 正在指定的计划要求下,冷源和热源的温度是已知的,换热要求也是 明晰的,因此热管自身的做事温度限度可能通过平常的传热公式算计而 得。 这里所说的做事温度平常是指做事时热管内部做事液体的蒸汽温度。 杰出的热督工作时,做事液体势必处于气液两相形态,是以采取做事液 体的熔点应低于热管的做事温度,热管才有恐怕寻常做事。 2.2 做事液体与壳体、吸液芯的相容性及热稳固性 做事液体与壳体、吸液芯资料的相容性是厉重的琢磨身分,做事液 体的不相容性及热稳固性城市发生不凝性气体使热管本能变坏,以至不 能做事, 下外供应了常用热管的维度限度与模范的做事介质相容性资料。 外 2-1 常用热管的做事温度限度与模范的做事介质及相容性壳体资料 2.3 做事液体的采取 热管是依附做事液体的变相来通报热量的,所以做事液体的各 种物理本质对付热管的做事特色也就具有厉重的影响。平常应琢磨以下 法则: (1)做事液体应顺应热管的做事温度区,并有合适的饱和蒸汽压; (2)做事液体与壳体、吸液芯资料应相容,且应具有杰出的热稳固 性; (3)做事液体应具有杰出的归纳热物理本质; (4)琢磨经济性、毒性、境遇污染等。 下图标示了常用做事液体的顺应做事温度区间。 2.4 热管管内吸液芯采取 热管的吸液芯组织花样较众,但总括起来可分为丝网型、烧结型、 沟槽型三大类。正在吸液芯的采取上,从恳求供应最大传热率的概念开拔, 恳求吸液芯具有很是小的有用毛细孔半径 rc,以供应最大的毛细压力; 浸透率要大,以淘汰回流液体的压力吃亏;导热热阻要小,以淘汰径向 导热阻力。正在采取吸液芯时,应戒备正在满意传热恳求的根源上尽量采取 粗略组织,正在地面操纵的热管,尽量行使重力回流,采用无吸液芯的热 虹吸管。 2.5 管壳资料采取及其强度校核 要按照做事液体与壳体、吸液芯的相容性采取合理的管壳资料,根 据热管的外部应用境遇(蕴涵温度、压力、侵蚀性等)及热管内部做事 压力及热督工作液体对热管内壁侵蚀情景,连接热管造造的经济性及设 计应用年限确定合理的热管壁厚。 3、热管的造造 3.1 热管的重要零部件及其加工 热管的重要零部件为管壳、端盖(封头) 、吸液芯、腰板(毗邻密封 件)四局部。分歧类型的热管对这些零部件有分歧的恳求。 3.1.1 管壳造造 添补热管管壳与外界接触的热通报面积是管壳的造造进程中重心。 目宿世计众种管壳花样重要有:高频焊翅片管,复合伙料压造翅片管、 针状管等三种重要花样。此中高频焊翅片管的操纵量及操纵成绩都优于 其他两种,高频焊翅片管的重要造造摆设为高频焊机,判别高频焊翅片 管质地瑕瑜的枢纽是翅片与光管的焊着率,质地好的高频焊翅片管的焊 着率应抵达 95%以上。 3.1.2 端盖 热管的端盖具有众种组织花样,目前旋压封头是邦表里常采用的一 种端盖花样,这种端盖外形美丽,强度好、省材省工,是一种杰出的端 盖花样。 3.2 热管的造造工艺

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