Heat Pipes for Dehumidification(除湿气)
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。 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。 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。
第三部分 热管的分类
由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材 质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常 用的分类方法有以下几种。 按照工作液体回流动力区分有芯热管、两相闭式热虹吸管(又 称重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体 动力热管、渗透热管等等。 按照热管管内工作温度区分有低温热管、常温热管、中温热 管、高温热管等。 按照管壳与工作液体的组合区分有铜-水热管、碳钢-水热管、 铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管等。 按照结构形式区分有普通热管、分离式热管、毛细泵回路热 管、微型热管、平板热管、径向热管等。 按照热管的功用划分有传输热量的热管、热二极管、热开关、 热控制用热管、仿真热管、制冷热管等。
由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不 凝性气体，在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减 小，热阻增大，传热性能恶化。 有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，或与壳体材 料发生化学反应，使工作介质改变其物理性能。
(1)产生不凝性气体
(2)工作液体物性恶化
一.两相闭式热虹吸管（Two-Phase Closed Thermal- siphon）
两相闭式热虹吸管又称为重力热 管，简称热虹吸管。 与普通热管原 理一样，但不同的是热管内没有吸 液芯，冷凝液的回流主要是靠自身 的重力作用，因此，热虹吸管的作 用有一定的方向性：冷凝段位置必 须高于蒸发段。其结构简单、制造 方便、成本低廉、而且传热性能优 良、工作可靠，因此他在地面上的 各类传热设备中都可以作为高效传 热元件，其应用领域非常广泛。
热管技术 及其工程应用
Heat pipe Technology and Engineering Application
什么是热管？ 热管从何而来？有什么作用？ 热管工作的原理是什么？有何特性？ 热管跟普通的“管”有什么区别？ 什么是热管换热器？常见的热管有哪些种类？ 我们日常生活中有哪些场合使用了热管换热器？ 热管换热器的研究发展前景如何？
分离式热管其蒸发段和冷凝 段是分开的，通过蒸汽上升管和 液体下降管连通形成一个自然循 环回路。工作时，在热管内的工 质汇集在蒸发段，蒸发段受热后， 工质蒸发，产生的蒸汽通过蒸汽 上升管到达冷凝段释放出潜热而 凝结成液体，在重力作用下，经 液体下降管回到蒸发段，如此循 环往复运行。
分离式热管最大的特点是冷凝段和蒸发段可以较远距离 安装，从而使得冷热流体完全隔离，避免了相互渗漏的问 题 ，安全性能较经典热管大为提高。
(5)恒温特性
四.热管的相容性及寿命
热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体 不发生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作 性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的 热管，才能保证稳定的传热性能、长期的工作寿命及工业应用的可能性。 影响热管寿命的因素很多，归结起来，造成热管不相容的主要形式有以 下三方面：
我国于1970年开始的热管研制工作．首先是为航天技术 发展的需要而进行的。
1976年12月7日，在卫星上首次应用热管取得了成功； 我国气象卫星也应用了热管，取得了预期的效果。 由于我国是一个发展中国家，能源的中和利用水平较低， 因此自80年代初我国的热管研究及开发的重点转向节能及 能源的合理利用，相继开发了热管气-气换热器，热管余热 锅炉、高温热管蒸气发生器，高温热管热风炉等各类热管 产品。从1987到1991年．我国先后在四川、福建、北京、 浙江、河北等地8台130t／h以上电站锅炉上应用了大型热 管换热器，回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。 我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术 交流活动也十分活跃，从1983年起已经先后召开了八届全 国性的热管会议。
两相闭式热虹吸管
二.旋转热管
旋转热管的概念是由 Gray于1969年首次提出的， 他分析了旋转热管较普通 热管具有更强的传热能力。 旋转热管的显著特征是热 管自身是旋转件，因而可 以用于所有需要冷却散热 的旋转零部件，如电机转 子，发动机电动机转轴等 的冷却，具有实际应用价 值。
三.分离式热管
分离式热管结构示意图
二. 热管的工作过程
（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。
可变导热管热阻的简化模型
可变导热管可以分成两大类： 第一类为随着热源温度或 热流率的变化，保持热管的工作温度不变；另一类为保持热 源温度不变。
五.微型热管及小型热管（MHP）
随着集成芯片中电路数目的 增加，其产生热量的散逸变得 越来越困难，除了最高芯片温 度的限制外，对温度均匀性也 有更高的要求，因而热力特性 是电子产品开发、研制中非常 重要的技术，且直接影响到最 终产品的成本、可靠性和表观。 微型热管作为一项很有前途的 技术，可用于计算机芯片以获 得高的热量导出率及温度均匀 化。
工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质 等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起 强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。
(3)管壳材料的腐蚀、溶解
总结：热管技术的重要特点
与常规换热技术相比，热管技术之所以能不断受到工程界欢迎，是因其具 有如下的重要特点。 (1)热管换热设备较常规设备更安全、可靠，可长期连续运行 这一特点 对连续性生产的工程，如化工、冶金、动力等部门具有特别重要的意义。常规换 热设备一般都是间壁换热，冷热流体分别在器壁的两侧流过，如管壁或器壁有泄 漏，则将造成停产损失。由热管组成的换热设备，则是二次间壁换热，即热流要 通过热管的蒸发段管壁和冷凝段管壁才能传到冷流体，而热管一般不可能在蒸发 段和冷凝段同时破坏，所以大大增强了设备运行的可靠性。 (2)热管管壁的温度可调性 热管管壁的温度可以调节，在低温余热回收 或热交换中是相当重要的，因为可以通过适当的热流变换把热管管壁温度调整在 低温流体的露点以上，从而可防止露点腐蚀，保证设备的长期运行。这在电站锅 炉尾部的空气预热方面应用得特别成功，设置在锅炉尾部的热管空气预热器，由 于能调整管壁温度不仅能防止烟气结露，而且也避免了烟灰在管壁上的粘结，保 证锅炉长期运行，并提高了锅炉效率。 (3)冷、热段结构和位置布置灵活 由热管组成的换热设备的受热部分和 放热部分结构设计和位置布置非常灵活，可适应于各种复杂的场合。由于结构紧 凑占地空间小，因此特别适合于工程改造及地面空间狭小和设备拥挤的场合，且 维修工作量。 (4)热管换热设备效率高，节能效果显著。
热管工作过程动画
注意：热管中的水会
因为内部低压而在100℃ 以下就沸腾蒸发。
热量散失
水蒸汽流 水蒸汽冷凝
热量输入 液态水蒸发 液体由于重力 或吸附力回流
三.热管的基本特性
热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具 有很高的导热能力。 (2)优良的等温性 热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段 所产生的压降很小，根据热力学中的Clausuis-Clapeyron方程式可知， 温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。 (3)热流密度可变性 热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，这样即可以改 变热流密度。 (4)热流方向的可逆性 一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力， 因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。
四.可变导热管
普通热管的工作温度是由热源 和热汇的条件确定的，因此，改 变热负荷或蒸发段的温度就将引 起热管工作温度的改变。对于普 通热管来说，其导热率接近一个 常量。然而在某些应用场合，需 要冷凝段(或蒸发段)的温度随着热 负荷的变化而保持不变，因而利 用热管的热可控性产生了可变导 热管(Variable conductance heat pipe，VCHP)。
(1)很高的导热性
普通热管的各部分热阻基本上不随着热量的变化而变化，因此热管各部 分的温度亦加热量变化。但可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的 增加而降低、随加热量的减少而增加，这样热管在加热量大幅度变化的 情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。 (6)环境的适应性 热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、 燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距 离或冷热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面(重力场)， 也可用于空间(无重力场)。

第一部分 热管及其特性
一.热管的组成
图2.1 热管示意图
1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
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），内部空腔内有少量工作介 质（工作液）和毛细结构（管 芯），管内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： ⑴在真空状态下，液体的沸点 降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热 高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸 力可使液体流动。