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1、,第9章热管技术及其工程应用,9热管技术及其工程应用1963年,热管诞生于美国 LOs alamos国家实验室的G.M.Grover之手,它巧妙地利用了气液变化过程中的吸放热原理,具备了超过任何已知金属的导热能力热管技术的原理,主要是利用工作流体的蒸发与冷凝来传递热量(热管工作流体涵盖从低温应用的氦、氮,到高温应用的钠、钾等液态金属;较为常见的热管工作流体则有氨、水、丙酬及甲醇等)。热管一般是由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。将管内抽至较高的真空度后充以适量的工作流体,使得紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用9.1热管的组成2314蒸发段绝
2、热段凝结段图7.1热管示意图1管壳;2管芯;3蒸汽腔;4工作液顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用热管:是一种传热性极好的人工构件,常用的热管由三部分组成:主体为一根封闭的金属管(管壳),内部空腔內有少量工作介质(工作液)和毛细结构(管芯),管內的空气及其他杂物必须排除在外。热管工作时利用了三种物理学原理:()在真空状态下,液体的沸点降低(2)同种物质的汽化潜热比显热高的多;(3)多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。从传热状况看,热管沿轴向可分为蒸发段,绝热段和冷凝段三部分。顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用(1)热管的管壳是受压部件,要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制造。在材料
3、的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀,工质与管壳不发生化学反应,不产生气体。管壳材料有多种,以不锈钢、铜、铝、镍等较多,也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来,在热端和冷端接受和放出热量,并承受管内外压力不等时所产生的压力差。顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用(2)热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构,通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧贴内壁以减小接触热阻,衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。如下图所示为几种不同的管芯的结果示意图(顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用烧结式热管制造工艺烧结式热管,顾名思义,其毛细结构是通过高温下铜粉烧结制
4、造而成的。我们最常见的水介质烧结式热管制造流程大致为:选取99.5%纯度的铜粉,铜粉单体粒径一定要控制在75150微米。首先使用工具将外径5mm红铜管内部清除干净,去除毛刺,接着将铜管放到稀硫酸中使用超声波清洗。清洗干净之后我们将得到一根内外壁皆十分光滑无氧化物的铜管。此时将一根细钢棍插到铜管里(需要工具精确地将钢棍儿固定在铜管的中央,以方便铜粉均匀填充),将铜管底部用铜片暂时封闭。接着就可以把纯铜粉倒入铜管了。裝填完毕之后就可以拿到烧结炉进行烧结。在烧结过程中,温度的把控也很重要。一般烧结炉峰值温度控制在800850度(根据热管产品要求的渗透率规定)。烧结完成之后使用一个辅助工具把铜管加紧,
5、使用工具把钢棍抽出即可顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用(3)热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系数,合适的饱和压力及沸点,较低的粘度及良好的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和润湿毛细结构的能力,使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细力。工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用,否则被溶解的物质将积累在蒸发段破坏毛细结构。顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用如图:当热管的一端受热热量输出时毛细芯中的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体,液体在沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸叹液西发段。如此循环不已,热饱和汽工作液四量便从一端传到了另一端!顺德职院机电糸,9热管技术及其工程应用在这一热量转移的过程中,具体包含了以下六个相互关联的过程:(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液的吸液芯传递到液气分界面;(2)液体在蒸发段的液气分界面上蒸发(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流向冷凝段(4)蒸汽在冷凝段内的液-气分界面上凝结(5)热量从液-气分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源(6)在吸液芯内由于毛细作用(或重力等)是冷凝后的工作也体回流到蒸发段。顺德职院机电糸,
