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熱管知識

發布時間:2017-05-29 16:54:27 文章來源:irozsrov 點擊次數:244次

  熱管原理

  熱管技術是1963年美國 LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發明的一種稱為"熱管"的傳熱元件,它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質,透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外,其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業,自從被引入散熱器制造行業,使得人們改變了傳統散熱器的設計思路,擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式,采用熱管技術使得散熱器即便采用低轉速、低風量電機,同樣可以得到滿意效果,使得困擾風冷散熱的噪音問題得到良好解決。

  基本信息

  中文名稱:熱管原理

  發明地點:美國 LosAlamos國家實驗室

  發明人:G.M.Grover

  發明時間:1963年

  熱管技術是1963年美國 LosAlamos國家實驗室的G.M.Grover發明的一種稱為"熱管"的傳熱元件,它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質,透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外,其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業,自從被引入散熱器制造行業,使得人們改變了傳統散熱器的設計思路,擺脫了單純依靠高風量電機來獲得更好散熱效果的單一散熱模式,采用熱管技術使得散熱器即便采用低轉速、低風量電機,同樣可以得到滿意效果,使得困擾風冷散熱的噪音問題得到良好解決。

  目錄1熱管簡介2基本工作3基本特性4熱管分類5性能壽命6熱管制造7制造工藝

  1.熱管簡介

  從熱力學的角度看,為什么熱管會擁有如此良好的導熱能力呢?物體的吸熱、放熱是相對的,凡是有溫度差存在的時候,就必然出現熱從高溫處向低溫處傳遞的現象。從熱傳遞的三種方式:輻射、對流、傳導,其中 熱管散熱原理熱傳導快。熱管就是利用蒸發制冷,使得熱管兩端溫度差很大,使熱量快速傳導。一般熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。熱管內部是被抽成負壓狀態,充入適當的液體,這種液體沸點低,容易揮發。管壁有吸液芯,其由毛細多孔材料構成。熱管一段為蒸發端,另外一段為冷凝端,當熱管一端受熱時,毛細管中的液體迅速蒸發,蒸氣在微小的壓力差下流向另外一端,并且釋放出熱量,重新凝結成液體,液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段,如此循環不止,熱量由熱管一端傳至另外一端。這種循環是快速進行的,熱量可以被源源不斷地傳導開來。

  熱管,是一種具有極高導熱性能的傳熱元件,它通過在全封閉真空管內的液體的蒸發與凝結來傳遞熱量,它利用毛細作用等流體原理,起到類似冰箱壓縮機制冷的效果。具有很高的導熱性、優良的等溫性、熱流密度可變性、熱流方向酌可逆性、可遠距離傳熱、恒溫特性(可控熱管)、熱二極管與熱開關性能等一系列優點,并且由熱管組成的換熱器具有傳熱效率高、結構緊湊、流體阻損小等優點。由于其特殊的傳熱特性,因而可控制管壁溫度,避免露 點腐蝕。但價格相對較高。

  2.基本工作

  典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成,將管內抽成1·3×(10負1---10負4)Pa的負壓后充以適量的工作液體,使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發段(加熱段),另一端為冷凝段(冷卻段),根據應用需要在兩段中間可布置絕熱段。當熱管的一端受熱時毛紉芯中的液體蒸發汽化,蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體,液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段。如此循環不己,熱量由熱管的一端傳至另-端。熱管在實現這一熱量轉移的過程中,包含了以下六個相互關聯的主要過程:

  (1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到(液---汽)分界面;

  (2)液體在蒸發段內的(液--汽)分界面上蒸發;

  (3)蒸汽腔內的蒸汽從蒸發段流到冷凝段;

  (4)蒸汽在冷凝段內的汽·液分界面上凝結:

  (5)熱量從(汽--液)分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源:

  (6)在吸液芯內由于毛細作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發段。

  3.基本特性

  熱管是依靠自身內部工作液體相變來實現傳熱的傳熱元件,具有以下基本特性。

  (1)很高的導熱性熱管內部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱,熱阻很小,因此具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比,單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量。當然,高導熱性也是相對而言的,溫差總是存在的,不可能違反熱力學第二定律,并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限 制,存在著一些傳熱極限;熱管的軸向導熱性很強,徑向并無太大的改善(徑向熱管除外)。

  (2)優良的等溫性熱管內腔的蒸汽是處于飽和狀態,飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度,飽和蒸汽從蒸發段流向冷凝段所產生的壓降很小,根據熱力學中的方程式可知,溫降亦很小,因而熱管具有優良的等溫性。

  (3)熱流密度可變性熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的加熱面積,即以較小的加熱面積輸入熱量,而以較大的冷卻面積輸出熱量,或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量,而以較小的冷卻面積輸出熱量,這樣即可以改變熱流密度,解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。

  (4)熱流方向酌可逆性一根水平放置的有芯熱管,由于其內部循環動力是毛細力,因此任意一端受熱就可作為蒸發段,而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛星在空間的溫度展平,也可用于先放熱后吸熱的化學反應器及其他裝置。

  (5)熱二極管與熱開關性能熱管可做成熱二極管或熱開關,所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動,而不允許向相反的方向流動;熱開關則是當熱源溫度高于某一溫度時,熱管開始工作,當熱源溫度低于這一溫度時,熱管就不傳熱。

  (6)恒溫特性(可控熱管)普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變,因此當加熱量變化時,熱管備部分的溫度亦隨之變化。但人們發展了另一種熱管--可變導熱管,使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加,這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下,蒸汽溫度變化極小,實現溫度的控制,這就是熱管的恒溫特性。

  (7)環境的適應性熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化,熱管可做成電機的轉軸、燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術刀等等,熱管也可做成分離式的,以適應長距離或沖熱流體不能混合的情況下的換熱;熱管既可以用于地面(重力場),也可用于空間(無重力場)。

  上圖表示了熱管管內汽-液交界面形狀,蒸氣質量流量,壓力以及管壁溫度Tw和管內蒸氣溫度Tv沿管長的變化趨勢.沿整個熱管長度,汽-液交界處的汽相與液相之間的靜壓差都與該處的局部毛細壓差相平衡。

  Pv,冷凝液體從冷凝段流回蒸發段的壓力降Pg(Pc≥Pv+



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