[科普中国]-中温热管

热管简介简介

利用封闭在管内的特定工质反复进行物理相变或化学反应来传递热量的一种导热性极好的传热器件1。中温热管换热器内中温段热管一般选萘或N-甲基吡咯烷酮为其管内工质4。

分类依工作温度范围的不同，热管可以分成深冷、低温、中温和高温等几种：

(1) 深冷热管： 工作温度范围为0～200K，工作介质可用纯化学元素物质，如氦、氩、氮、氧等，或化合物，如乙烷、氟利昂等。

(2) 低温热管： 工作温度范围为200～550K，工作介质可用氟利昂、氨、酒精、丙酮、水及有机物。

(3) 中温热管： 工作温度范围为550～750K，工作介质有导热姆、萘、水银等。

(4) 高温热管： 工作温度在750K以上，工作介质为钾、钠、锂、铅、银等液态金属2。

热管寿命影响热管寿命的因素很多，但主要是热管的不相容性。造成热管不相容的主要形式有以下三个方面:产生不凝性气体；工作液体性质恶化；管套材料的腐蚀、溶解。通过合理选择热管的管材、工作液体、吸液芯结构等可使热管长期有效地服役于其工作温度范围,从而提高其使用寿命5。

工作原理由于热管是通过工作介质的相变吸热和放热来传递热量，并可在管中充少量惰性气体，通过压力变化以调节冷凝段的传热面积，因此热管具有以下特性；①高的传热能力；②高的等温性；③具有变换热流密度的能力；④具有恒温特性 (可控热管)2。

贴近管内 壁处装有由多孔材料构成的毛细结构，称为“吸液芯”，管中则充入少量液态工质(如水、普通制冷剂、液态金属钠、锂等)。当其一端受热而另一端被冷却时，液态工质便在蒸发段中蒸发，产生的蒸汽经绝热段流向另一端后，被冷凝成液体同时放出汽化潜热，而凝结液通常可借毛 细作用重新渗回加热端。如此循环不已，从而将热量不断地从加热端传至冷却端。热管两端都发生物质的相变，相应的对流换热热阻均甚小，故在同样大小温度差下所传递 的热量可比相同尺寸的铜棒大数十 至数千倍。热管不仅构造简单、重 量轻、无噪音、可变换热流密度、充入适量惰性气体后可自动控制温度，而且管内不同截面上的温度相差不大，有良好的等温性，因而具有多方面的用途3。

研究历史热管原理最早由美国人R.S.高格勒 (RichardSlechrist Gaugler) 于1942年提出。1964年美国科学家G.M.格罗弗 (George Maurice Grover)等独立地提出并制造了类似的元件，取名为“热管”，并首先用于航天飞行器。70年代为了将热管技术用于地面工业，发展了不用毛细多孔材料而利用重力使液体从冷凝端流回蒸发端，从而简化了结构，降低了成本。热管中的毛细多孔材料除去，将蒸发段置于冷凝段的下方即成重力热管或称闭式两相热虹吸管2。热管的概念是本世纪40年代提出的，60年代初制成了第1个实用热管。由于它显示出极高的导热特性引起了普遍地重视，热管问世不久便在电子、宇航等领域被用来冷却电子元件、电机转子等发热元器件，并在回收余热、预热空气、贮存能量和给水等节能领域得到广泛应用。目前，热管的理论日臻完善；它在许多方面的实际应用表明，热管技术是很有发展前途的1。

我国70年代初开始制造热管，并收到了较好的节能效果。随着科学技术的不断发展，这种高效传热的设备、器件必定在许多工艺过程中得到更广泛的应用1。

应用热管除用于航天技术外，可用于工业余热回收的热管换热器、太阳能集热器、电子器件的冷却、换热器、深冷手术器械、等温设备中的等温插件以及测试和标定设备温度等方面3。在电力工业中已应用于锅炉空气预热器2。

在炼钢过程中有大量的中温烟气，也可利用中温热管来预热空气，使燃料充分燃烧，起到节能降耗的效果5。

**中温热管空气换热器的现状及应用：**在实际生产的长期运行中，常常出现中温热管前几排管子破裂，后几排管子处于不工作状态或工作状态不佳等问题，而使中温热管至今仍处于研发阶段。若能实现中温热管换热器的工业化生产，那么不仅能促进节能技术的发展，而且可解决诸多工业生产的难题5。

中温热管空气换热器是由管内充有不同工质的热管组成的组合式热管换热器，主要由热管、隔板和壳体几部分组成5。

**1.中温热管空气换热器的类型：**中温热管空气换热器属于热流体与冷凝体互不接触的表面式换热器，典型的热管空气换热器即所谓的整体式热管空气换热器，另外还有分离式热管空气换热器5。

**2.中****温热管空气换热器的特性：**传热性能好，结构紧凑、重量小，可调整的冷热比，传热面局部破坏时,能确保两流体彼此不渗透，一种热源可加热几种不同介质5。

**3.中温****热管空气换热器的传热模型：**传热有热传导、热对流和热辐射三种基本形式5。

**4.中温热管空气换热器的设计计算：**热管空气换热器设计计算内容主要包括换热器的热力计算和换热器的结构设计计算两部分。热管空气换热器的设计计算有两种数学模型：一是常规计算模型,即把整个热管空气换热器看成为一块热阻很小的间壁,其温度变化是连续的，因而可以采用常规间壁式换热器的计算方法进行设计计算；二是离散计算模型，即认为通过热管空气换热器的热流的温度变化不是连续的，是通过每排热管后，阶梯式变化，因而可以通过离散的办法来建立传热模型5。