熱管簡介
簡介
利用封閉在管內的特定工質反覆進行物理相變或化學反應來傳遞熱量的一種導熱性極好的傳熱器件 。中溫熱管換熱器內中溫段熱管一般選萘或N-甲基吡咯烷酮為其管內工質 。
分類
依工作溫度範圍的不同，熱管可以分成深冷、低溫、中溫和高溫等幾種：
(1) 深冷熱管： 工作溫度範圍為0～200K，工作介質可用純化學元素物質，如氦、氬、氮、氧等，或化合物，如乙烷、氟利昂等。
(2) 低溫熱管： 工作溫度範圍為200～550K，工作介質可用氟利昂、氨、酒精、丙酮、水及有機物。
(3) 中溫熱管： 工作溫度範圍為550～750K，工作介質有導熱姆、萘、水銀等。
(4) 高溫熱管： 工作溫度在750K以上，工作介質為鉀、鈉、鋰、鉛、銀等液態金屬 。
熱管壽命
影響熱管壽命的因素很多，但主要是熱管的不相容性。造成熱管不相容的主要形式有以下三個方面:產生不凝性氣體；工作液體性質惡化；管套材料的腐蝕、溶解。通過合理選擇熱管的管材、工作液體、吸液芯結構等可使熱管長期有效地服役於其工作溫度範圍,從而提高其使用壽命 。
工作原理
由於熱管是通過工作介質的相變吸熱和放熱來傳遞熱量，並可在管中充少量惰性氣體，通過壓力變化以調節冷凝段的傳熱面積，因此熱管具有以下特性；①高的傳熱能力；②高的等溫性；③具有變換熱流密度的能力；④具有恆溫特性 (可控熱管) 。
熱管原理貼近管內 壁處裝有由多孔材料構成的毛細結構，稱為“吸液芯”，管中則充入少量液態工質(如水、普通製冷劑、液態金屬鈉、鋰等)。當其一端受熱而另一端被冷卻時，液態工質便在蒸發段中蒸發，產生的蒸汽經絕熱段流向另一端後，被冷凝成液體同時放出汽化潛熱，而凝結液通常可借毛 細作用重新滲回加熱端。如此循環不已，從而將熱量不斷地從加熱端傳至冷卻端。熱管兩端都發生物質的相變，相應的對流換熱熱阻均甚小，故在同樣大小溫度差下所傳遞 的熱量可比相同尺寸的銅棒大數十 至數千倍。熱管不僅構造簡單、重 量輕、無噪音、可變換熱流密度、充入適量惰性氣體後可自動控制溫度，而且管內不同截面上的溫度相差不大，有良好的等溫性，因而具有多方面的用途 。
研究歷史
熱管原理最早由美國人R.S.高格勒 (RichardSlechrist Gaugler) 於1942年提出。1964年美國科學家G.M.格羅弗 (George Maurice Grover)等獨立地提出並製造了類似的元件，取名為“熱管”，並首先用於航天飛行器。70年代為了將熱管技術用於地面工業，發展了不用毛細多孔材料而利用重力使液體從冷凝端流回蒸發端，從而簡化了結構，降低了成本。熱管中的毛細多孔材料除去，將蒸發段置於冷凝段的下方即成重力熱管或稱閉式兩相熱虹吸管 。熱管的概念是本世紀40年代提出的，60年代初製成了第1個實用熱管。由於它顯示出極高的導熱特性引起了普遍地重視，熱管問世不久便在電子、宇航等領域被用來冷卻電子元件、電機轉子等發熱元器件，並在回收餘熱、預熱空氣、貯存能量和給水等節能領域得到廣泛套用。目前，熱管的理論日臻完善；它在許多方面的實際套用表明，熱管技術是很有發展前途的 。
我國70年代初開始製造熱管，並收到了較好的節能效果。隨著科學技術的不斷發展，這種高效傳熱的設備、器件必定在許多工藝過程中得到更廣泛的套用 。
套用
熱管除用於航天技術外，可用於工業餘熱回收的熱管換熱器、太陽能集熱器、電子器件的冷卻、換熱器、深冷手術器械、等溫設備中的等溫外掛程式以及測試和標定設備溫度等方面 。在電力工業中已套用於鍋爐空氣預熱器 。
在煉鋼過程中有大量的中溫煙氣，也可利用中溫熱管來預熱空氣，使燃料充分燃燒，起到節能降耗的效果 。
中溫熱管空氣換熱器的現狀及套用：在實際生產的長期運行中，常常出現中溫熱管前幾排管子破裂，後幾排管子處於不工作狀態或工作狀態不佳等問題，而使中溫熱管至今仍處於研發階段。若能實現中溫熱管換熱器的工業化生產，那么不僅能促進節能技術的發展，而且可解決諸多工業生產的難題 。
中溫熱管空氣換熱器是由管內充有不同工質的熱管組成的組合式熱管換熱器，主要由熱管、隔板和殼體幾部分組成 。
1.中溫熱管空氣換熱器的類型：中溫熱管空氣換熱器屬於熱流體與冷凝體互不接觸的表面式換熱器，典型的熱管空氣換熱器即所謂的整體式熱管空氣換熱器，另外還有分離式熱管空氣換熱器 。
2.中 溫熱管空氣換熱器的特性：傳熱性能好，結構緊湊、重量小，可調整的冷熱比，傳熱面局部破壞時,能確保兩流體彼此不滲透，一種熱源可加熱幾種不同介質 。
3.中溫 熱管空氣換熱器的傳熱模型：傳熱有熱傳導、熱對流和熱輻射三種基本形式 。
4.中溫熱管空氣換熱器的設計計算：熱管空氣換熱器設計計算內容主要包括換熱器的熱力計算和換熱器的結構設計計算兩部分。熱管空氣換熱器的設計計算有兩種數學模型：一是常規計算模型,即把整個熱管空氣換熱器看成為一塊熱阻很小的間壁,其溫度變化是連續的，因而可以採用常規間壁式換熱器的計算方法進行設計計算；二是離散計算模型，即認為通過熱管空氣換熱器的熱流的溫度變化不是連續的，是通過每排熱管後，階梯式變化，因而可以通過離散的辦法來建立傳熱模型 。
