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翅片管式熱管換熱器

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翅片管式熱管換熱器
3.1熱管原理和熱管換熱器
311熱管的傳熱原理
熱管，按其精確的定義,稱之為“封閉兩相傳熱系統(tǒng)”，即在一個(gè)封閉體系內(nèi)，依靠流體的相態(tài)變化（液相變?yōu)槠嗪推嘧優(yōu)橐合啵﹤鬟f熱量的裝置。熱管的這種傳熱原理，首先于1944年由美國(guó)人高格勒（R. S. Gaugler）所發(fā)現(xiàn)，并以“熱傳遞裝置”（Heat Transter Device）為名取得專利。當(dāng)時(shí)因未顯示出實(shí)用意義，而沒有受到應(yīng)有的重視匚直到20世紀(jì)60年代初期，由于宇航事業(yè)的發(fā)展，要求為宇航飛行器提供高效傳熱元件，促使美國(guó)洛斯-阿拉莫斯科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的格羅弗（G. M. Grover）于1964年在獨(dú)立工作的基礎(chǔ)上,再次發(fā) 現(xiàn)這種傳熱裝置的原理，并命名為熱管（Heat Pipe），并首先成功地應(yīng)用于宇航技術(shù)中,隨之引起了各國(guó)學(xué)者的極大興趣和重視。
熱管的結(jié)構(gòu)如圖3. 1. 1所示。一個(gè)圓筒狀的容器，內(nèi)表面襯以多孔的材料，將容器內(nèi)部抽成某種程度的真空，然后注入一定量的液體（工質(zhì)）并將容器密封起來。這樣,一支熱管就做成了。

如果在熱管的一端加熱，另一端冷卻，中間一段用某種材料絕熱起來，這時(shí)，熱管內(nèi)部將開始兩相傳熱過程。加熱段的工質(zhì)產(chǎn)生沸騰或蒸發(fā)，吸收汽化潛熱，由液體變?yōu)檎羝?。產(chǎn)生的蒸汽在管內(nèi)一定壓差的作用下，流動(dòng)到冷卻段，蒸汽遇到冷的壁面會(huì)凝結(jié)成液體，同時(shí)放出汽化潛熱，通過管壁傳給外面的冷源。冷凝下來的液體依靠管內(nèi)壁的多孔材料所產(chǎn)生的毛細(xì)管力回流到加熱段，重新開始蒸發(fā)吸熱過程。這樣,通過管內(nèi)工質(zhì)的連續(xù)相變，完成了熱量的連續(xù)轉(zhuǎn)移。
熱管的結(jié)構(gòu)按軸向可分為三個(gè)區(qū)域:加熱段（蒸發(fā)段），絕熱段和冷卻段（凝結(jié)段）；從熱管的橫斷面來分，也可分為三個(gè)部分:殼體，吸液芯（被工質(zhì)所充滿）和中間的蒸汽流道。熱管的殼體一般為圓筒狀容器，也可根據(jù)需要做成其他形狀：如平板狀、環(huán)狀等。緊貼內(nèi)壁的多孔材料稱為吸液芯，吸液芯的主要作用是產(chǎn)生毛細(xì)管力使凝液從凝結(jié)段返回到蒸發(fā)段,正如一個(gè)煤油燈的燈芯可以將煤油從底部提升上來一樣c利用毛細(xì)管力來回流液體是標(biāo)準(zhǔn)熱管的主要特征，也就是說，一支標(biāo)準(zhǔn)的熱管是具有某種芯結(jié)構(gòu)的熱管。吸液芯的結(jié)構(gòu)型式很多，主要有如下幾類:一類是均勻芯，如在內(nèi)壁上附以很細(xì)的金屬絲網(wǎng)或燒結(jié)上一層多孔材料;第二類是槽道芯，即在管子內(nèi)表面上加工岀很細(xì)的軸向槽道或螺紋槽道;第三類是復(fù)合芯，即在槽道芯的外面加上絲網(wǎng)芯;第四類是干道芯，即在熱管內(nèi)部再放一支細(xì)管，專門用來回流液體。
當(dāng)熱管在地面上應(yīng)用時(shí)，可以讓重力來幫助凝液回流，這時(shí)，只要將熱管傾斜放置，加熱段在下，冷卻段在上就可以了，這樣的熱管稱為重力輔助熱管。如果將熱管垂直放置，管內(nèi)不加吸液芯，完全靠重力回流液體，這樣的熱管又稱熱虹吸管，如圖 3.1.2所示。由此可見，熱虹吸管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低廉，因而廣泛地應(yīng)用于節(jié)能工程中。
熱管由于靠工質(zhì)的相變傳熱，因而具有優(yōu)異的傳熱特性。如果將一支熱管與外形尺寸完全相同的銅棒進(jìn)行比較，當(dāng)二者傳遞相同的功率時(shí)，熱管具有良好的軸向等溫性，而銅棒卻有明顯的溫度降落。熱管的傳熱特性也可以這樣來描寫:它可以在很小的溫差下傳輸大量的熱量。熱管的相當(dāng)導(dǎo)熱系數(shù)比導(dǎo)熱性能良好的銅可高出幾十倍甚至上百倍，因而有超導(dǎo)熱體之稱。

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