热管的特性
热管具有许多优良的性能,正是这些优良性能使热管得到了发展和应用。
1.极好的导热性能
热管利用了两个换热能力极强的相变传热过程(蒸发和凝结)和一个阻力极小的流动过程,因而具有极好的导热性能。相变传热只需要极小的温差,而传递的是潜热。一般潜热传递的热量比显热传递的热量大儿个数量级。因此在极小的温差下热管可以传输极大的热量。
2.良好的均温性
热管内腔的蒸汽处于汽液两相共存状态,是饱和蒸汽。此饱和蒸汽从蒸发段流向凝结段所产生的压降甚微,这就使热管具有良好的均温性。热管的均温性已在均温炉和宇航飞行器中得到了应用,另外也可以通过热管来均衡机床的温度场,减少机床的热变形,提高机床加工精度。
3.热流方向可逆
热管的蒸发段和凝结段内部结构并无不同,因此当一根有芯热管水平放置或处于失重状态时,任何一端受热,则该端成为加热端,另外一端向外散热就成为冷却端。若要改变热流方向,无需变更热管的位置。热管的这种热流方向的可逆性为某些特殊场合的应用提供了方便,如用于某些需先放热后吸热的化学反应.或用于室内的空调。在冬天换气时,热管式空调器通过热管利用排出室外的热空气加热从室外吸入的新鲜冷空气;由于热管传热方向的可逆性.夏天吸人的新鲜空气又被排往室外的冷空气冷却。同一种设备两种用途,起到自动适应环境变化的目的。而重力热管则无此性能。
4.热流密度可变
在热管稳定工作时,由于热管本身不发热,不蓄热,不耗热,所以加热段吸收的热量Q1应等于冷却段放出的热量Q2。若加热段的换热面积为A1冷却段的换热面积为A2,则它们的热流密度分别为q1=Q1/A1, q2=Q2/A2 ;因为p,=p2,由此得9iAi =q2 A2,这样通过改变换热面积A1和A2即可改变热管两工作段的热流密度。
有些场合需要将集中的热流分散冷却,如某些电子元件体积很小,工作时发热强度高达500W/cm2,即加热端换热面积很小,热流密度很高。若采用空气冷却,冷却段只能达到很小的热流密度。若采用热管,只需将冷却段换热面积加大即可较好地解决这一矛盾。
5.适应性较强
与其他换热元件相比,热管有较强的实用性,表现在:
(1)无外加辅助设备,无运动部件和噪声,结构简单、紧凑,重量轻。
(2)热源不受限制,高温烟气、燃烧火焰、电能、太阳能都可以作为热管热源。
(3)热管形状不受限制,形状可以随热源、冷源的条件及应用需要而改变。除圆管外还可以做成针状、板状等各种形状。
(4)既可用于地面(有重力场),又可用于空问(无重力场)。在失重状态下,吸液芯的毛细力可使工作液回流。
(5)应用的温度范围广,只要材料和工作液选择适当,可用于一200~2000℃的温度范围。
(6)可实现单向传热,即只允许热向一个方向流动的所谓“热二极管”。如依靠重力回流工作液的无芯重力热管(热虹吸管),其热源只能在下端,产生的热蒸汽在上端凝结后,工作液靠重力回流倒下端,即热只能由下端传至上端,反向传热则不可能实现。
1.极好的导热性能
热管利用了两个换热能力极强的相变传热过程(蒸发和凝结)和一个阻力极小的流动过程,因而具有极好的导热性能。相变传热只需要极小的温差,而传递的是潜热。一般潜热传递的热量比显热传递的热量大儿个数量级。因此在极小的温差下热管可以传输极大的热量。
2.良好的均温性
热管内腔的蒸汽处于汽液两相共存状态,是饱和蒸汽。此饱和蒸汽从蒸发段流向凝结段所产生的压降甚微,这就使热管具有良好的均温性。热管的均温性已在均温炉和宇航飞行器中得到了应用,另外也可以通过热管来均衡机床的温度场,减少机床的热变形,提高机床加工精度。
3.热流方向可逆
热管的蒸发段和凝结段内部结构并无不同,因此当一根有芯热管水平放置或处于失重状态时,任何一端受热,则该端成为加热端,另外一端向外散热就成为冷却端。若要改变热流方向,无需变更热管的位置。热管的这种热流方向的可逆性为某些特殊场合的应用提供了方便,如用于某些需先放热后吸热的化学反应.或用于室内的空调。在冬天换气时,热管式空调器通过热管利用排出室外的热空气加热从室外吸入的新鲜冷空气;由于热管传热方向的可逆性.夏天吸人的新鲜空气又被排往室外的冷空气冷却。同一种设备两种用途,起到自动适应环境变化的目的。而重力热管则无此性能。
4.热流密度可变
在热管稳定工作时,由于热管本身不发热,不蓄热,不耗热,所以加热段吸收的热量Q1应等于冷却段放出的热量Q2。若加热段的换热面积为A1冷却段的换热面积为A2,则它们的热流密度分别为q1=Q1/A1, q2=Q2/A2 ;因为p,=p2,由此得9iAi =q2 A2,这样通过改变换热面积A1和A2即可改变热管两工作段的热流密度。
有些场合需要将集中的热流分散冷却,如某些电子元件体积很小,工作时发热强度高达500W/cm2,即加热端换热面积很小,热流密度很高。若采用空气冷却,冷却段只能达到很小的热流密度。若采用热管,只需将冷却段换热面积加大即可较好地解决这一矛盾。
5.适应性较强
与其他换热元件相比,热管有较强的实用性,表现在:
(1)无外加辅助设备,无运动部件和噪声,结构简单、紧凑,重量轻。
(2)热源不受限制,高温烟气、燃烧火焰、电能、太阳能都可以作为热管热源。
(3)热管形状不受限制,形状可以随热源、冷源的条件及应用需要而改变。除圆管外还可以做成针状、板状等各种形状。
(4)既可用于地面(有重力场),又可用于空问(无重力场)。在失重状态下,吸液芯的毛细力可使工作液回流。
(5)应用的温度范围广,只要材料和工作液选择适当,可用于一200~2000℃的温度范围。
(6)可实现单向传热,即只允许热向一个方向流动的所谓“热二极管”。如依靠重力回流工作液的无芯重力热管(热虹吸管),其热源只能在下端,产生的热蒸汽在上端凝结后,工作液靠重力回流倒下端,即热只能由下端传至上端,反向传热则不可能实现。
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