0～100 0～120 0～130 10～130 0～290 30～250
147～350 147～300 150～395 147～300 250～650
400～1 ,000 400～1 ,100 500～1 ,200 1 ,000～1 ,800 1 ,800～2 ,300
相容壳体材料
铝 、不锈钢 、低碳钢 铝 、铁
很多 ,如玻璃窑炉的烟气温度可达 500 ℃、大 型水泥窑尾废气温度一般在 900 ℃～1 ,000 ℃ 左右 、生产陶瓷的隧道窑排气温度也有高达 400 ℃,其中都含有大量余热 ,均可以用热管 回收加以利用 ,在节能领域也是相当有效的 措施.
(3) 深冷手术 深冷手术是在低于 - 60 ℃的温度下治疗 粘膜炎症的适宜方法 ,利用的是焦耳 ———汤 姆逊效应. 因具有无痛感 、不出血 、治疗时间 短等优点而广泛应用于临床. 关于深冷探针 用热管的研究 ,开始是由美国空军飞行动力 学研究所着手研究的 ,然后由美国利特公司 和修斯公司共同研制出来的 ,图 7 为深冷探
图 5 利用地热的热管融雪系统示意图
由于热管的导热率很高 ,可从地热低温热源 中取出热量加热公路表面. 这种系统利用的 是天然热源 ,具有不需能量成本 、不需维修等 优点. 同时 ,由于是低温差传热系统 ,铺路材 料中的热应力小 ,不易产生混凝土裂纹. 再 者 ,由于这一系统是由独立工作的多根热管 组成 ,因此 ,即便有一些热管损坏 ,也不致影 响整个系统. 此外 ,当由于太阳照射 ,公路表 面吸热而升温 ,其温度高于土壤温度时 ,热管 因单向导热性而停止传热 ,处于不工作状态.
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较为满意. 而对于大系统深穿透问题 ,算出的 结果往往偏低. 对于大系统 ,其他数值方法往 往很适应 ,能算出较好的结果. 因此 ,已有人将 数值方法与蒙特卡罗方法联合起来使用 ,克服 这种局限性 ,取得了一定的效果.
随着计算机技术的飞速发展 ,蒙特卡罗方 法以其独特的优点广泛应用于计算物理和物 理工程领域 ,对蒙特卡罗方法的推广必将使其 对物理学学科的发展发挥更大的作用.
热管的工作原理类似于热虹吸管 ,只是
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图 2 标准热管结构原理图
用毛细力代替重力使液体工质回流. 现简述 其原理. 热管内装的都是能润湿吸液芯的工 质 ,由于液体表面的张力而使液面呈现弯月 面 ,如图 3 所示. R 为弯月面的曲率半径 , r
为吸液芯毛细孔半径 , 且有 R = corsθ. 由静力 学原 理 可 知 , 弯 月 面 两 侧 压 力 差 Δp = 2σcrosθ,其中 σ为液体的表面张力系数. 由此
外 ,它还具有如下诸多优点 : (1) 可将热源和冷却部分隔开 ; (2) 具有
等温性 ; (3) 可变换热流密度 ; (4) 可进行温 度控制 ; (5) 具有单向传热性和热开关作用. 热管因具有上述优点 ,所以它在加热 、恒温 、 冷却 、均热 、热交换及热控制方面有相当广泛 的应用. 如节能领域的余热回收 、电子器件的 散热 、金属模具的冷却 、空间飞行器的温度控 制及厨房设备等. 图 4 为热管目前的应用情 况.
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热管技术及其在工程中的应用
胡亚范 (燕山大学理学院 ,秦皇岛 066004)
(收稿日期 :2002201211)
摘 要 本文在阐述了热管技术基本原理的基础上 ,概括了热管技术的广阔应用前景 , 并讨论了热管技术在工程技术中的具体应用方法.
参 考 文 献
[ 1 ] 裴鹿成 ,张孝泽. 蒙特卡罗方法及其在粒子输运问题 中的应用. 北京 :科学出版社 ,1980.
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[ 2 ] 方再根. 计算机模拟和蒙特卡罗方法论. 北京 :北京工 业学院出版社 ,1988.
[ 3 ] B. Eliasson et al . Monte Carlo Simulation of Runaway Electrons in O2/ N2 Mixture. Herbsttagung der SP G/ SSP. 1987 , Vol. 60 pp .针尖端和容器端盖之外 ,其 余部分为真空绝热管 (在不锈钢套管中封入 铝真空蒸镀绝热材料) . 和液氮接触的容器内 壁上紧贴不锈钢金属毡 (吸液芯) ,而且一直 贴到探针尖端部分. 液氮从容器底部的孔向 下流至探针尖端 ,吸收外界热量并汽化 ,使病 变部位迅速达到低温. 汽化的氮气通过中间 通路 ,从容器上端排到大气中 ,不再使用 ,也 不会凝固. 这种器械的关键在于只要能够保 持真空绝热管的真空度 ,探针尖端即可迅速 达到所需低温.
大值为Δp = 2σr ,Δp 就是热管内部工作液体 循环的推动力.
2 热管技术的工程应用
热管本身不会发热 、冷却或蓄热 ,但它利 用其内工质的相变进行传热 ,和普通金属传 热相比较 ,其传热特性高出几个数量级. 此
图 4 热管的各种用途
以下通过几个实例来讨论热管的具体应 用过程.
(1) 利用地热的融雪装置 道路上的积雪 ,以往主要利用机械方法 消除. 在无法用机械除雪的停车场及高速公 路的收费站等处 ,常采用在道路下面埋设管 子 ,用循环热水融雪 ,或者采用埋设电阻丝 , 通过电热措施除雪. 但是 ,这些方法存在能耗 大 ,维修费用高 ,同时由于热水和电阻丝的温 度高 ,容易在道路表面产生由热应力引起的 裂纹等缺点. 最近 ,利用地下 5m～20m 深处 的地热 ,融化公路等处积雪的热管融雪防冻
铝 、不锈钢 、铜 铝 、铜
黄铜 、不锈钢 铝 、铜 、不锈钢
铜 、不锈钢 铜 、不锈钢 、碳钢 不锈钢 、低碳钢 、低合金钢 铜 、碳钢 (内壁经化学处理)
铝 、不锈钢 、碳钢 不锈钢 、碳钢
铜 、不锈钢 、碳钢 不锈钢 、碳钢 、镍 奥氏体不锈钢
不锈钢 钛 、铌 不锈钢 、因康镍合金 钨 、钽 、钼 、铌 钨 、钽
参 考 文 献 [1 ] 商政宋等译. 实用热管技术. 北京 : 化学工业出版社 ,
1988. [ 2 ] 胡亚范等. 热管技术应用于钻井余热回收的方案设
计. 应用能源技术 ,2000 ,5.
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业大学并获工学硕士学位 ,现任华北电力大学物理教学部 副教授 ,河北大学光学工程专业在职博士研究生 ,主要从事 光学工程领域及计算物理领域的科学研究工作和物理教学 工作 ,已发表学术论文二十余篇.
(上接第 44 页)
常用热管的工作温度范围与典型的工作介质及其相容壳体材料表
种类
低 温 热 管
常 温 热 管
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 ,通常热管的工作温度范围与典型 的工作介质及其相容壳体材料如下表所示.
(下转第 49 页)
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图 1 热虹吸管结构原理图
蒸发段必须位于下端 ,同时不能在无重力场 的状态下使用. 这是因为冷凝液必须借助重 力作用才能回流到蒸发段. 为解决这一问题 , 可以采用有吸液芯的毛细结构 ,利用毛细作 用使冷凝液回流 ,这种结构的热管称为标准 热管 ,如图 2 所示 (以下简称为热管) . 热管主 要由密封管子 、吸液芯及蒸汽通道三部分组 成. 热管沿轴向分为蒸发段 、绝热段和冷凝 段. 蒸发段的作用是使热量从外热源传给管 内的液相工质 ,并使其蒸发. 冷凝段的作用是 使气相工质冷凝 ,并把热量传给管外的冷源.
1 热管结构及其工作原理
图 1 是热管的一种 ,它是一根装入少量 液体的竖直真空密封管子 ,通常称作热虹吸 管. 管子的下端加热时 ,下端的液体蒸发 ,以 高速向上部移动 ,当与温度较低的上端管壁 接触后 ,冷凝成液体. 液体靠重力作用沿管子 内壁流回下端蒸发段 ,如此由管子下端向上 端连续不断地传递热量. 由于液体的蒸发潜 热大 ,蒸汽的流动阻力小 ,所以传热效率高 , 传热温差小. 热虹吸管的应用历史较长 ,其内 使用的工质除水以外还有许多种. 其缺点是
关键词 热管 ;工程应用
TECHNOLOGY AND APPL ICATION OF HEAT PIPE
Hu Yafan
( Yanshan University , QinhuangDao , 066004)
Abstract The paper int roduced t he principle and technology of heat pipe and discussed
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系统引人注目. 如图 5 所示 ,将 L 形热管的一 端埋 入 地 下 土 壤 内 ( 例 如 , 深 约 18m , 间 距 20cm) ,另一端埋在公路表面的铺路材料中.
t he skill and examples to apply t he heat pipe in engineering. Key Words heat pipe ; engineering application
热管是一种在小的温度梯度下就能把热 量从一处传到另一处的高效传热元件 ,它的 内部传热过程主要是相变传热. 在某些场合 热管可代替固体的导热过程. 自 1964 年第一 根热管在美国问世以来 ,由于它独特的传热 特性 ,引起了世界各国学者的重视 ,并在不同 领域里着手研究 ,促使热管技术迅速发展 ,目 前已经在许多方面获得了广泛的应用.