热管在化工中应用
热棒在阿拉斯加输油管线应用
• 从北冰洋起横穿阿拉斯加至太平洋的阿拉斯加 输油管线工程, 是利用热桩解决多年冻土地区桩 基础问题最成功的典范。管线全长1 284 公里 , 使用了112 000 根热棒。运行状态的测试结果 表明: 安装热棒后, 输油管线支撑排架桩柱壁面 和6 m 深处冻土温度迅速下降, 保证了桩基的 承载力, 成功地防止了冻拔的危害。热棒在阿拉 斯加输油管线工程中的应用使热桩技术在设计、 施工及其后续的养护、使用寿命监测方面向前 迈进了一大步, 也极大地推动了热桩在其他国家 多年冻土地区的应用和相关研究。
• 将大量热量通过极小的截面积实现远距离
快速传输而无需外加动力，从而实现了高效、 节能、低耗的目的。经测试，其传热速度可达 ８０－１００厘米／秒，是银、铜、铝等良导 体的数百倍； • 对直径为12.5mm,长度为 300mm的热管,与 尺寸相同的铜棒相比,当从一端向另一端传导 的热流量均为100W 时,热管的温差只有1-2 ℃ ,而铜棒两端的温差大600 ℃左右.这说明 热管的导热能力相当于铜棒的数百倍.
也可通过热管来均衡机床的温度场，减少 机床的热变形，提高机床的加工精度。
热管在化工中应用
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 段，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种特殊场合的 应用提供了方便，如果用于某些需先放热后 吸热的化学反应，或用于室内的空调。
加热段：热源向热管传输热量的区段。 绝热段：外界对热管没有热量交换的区段，
这一段并不是所有热管都有的。 冷却段：热管向冷源放出热量的区段，亦
即为热管本身受到冷却的区段。
热管在化工中应用
从热管内部工质的传热情况来看，热管也可 分为三个区段： 蒸发段：它对应于外部的加热段。在这一段 中，工作液体吸收热量而蒸发成热气，蒸汽 进入热管内腔，并向冷却段流动。 输送段：它对应与外部的绝缘段。在这一段 中，既没有与外部的热交换，也没有液汽之 间的相变，只有蒸汽和液体的流动。 凝结段：它对应与外部的冷却段。蒸汽在这 个区域凝结成液体，并把热量传给冷源。
热管在化工中应用
热棒技术
• 神奇的“热棒”实验。一杯热水，插入一 根细细长长的铜棒，瞬间就热得烫手。这是具 有单向导热性能的铜棒，传热速度是一般铜棒 的1万倍。
• 青藏铁路正式通车，拥有国家发明专利的 近万根“热棒”，就绵延在30多公里实验区， 确保了青藏铁路顺利通车，破解了青藏高原冻 土“魔咒”。
应用在航天技术、电子电器、能源动力、运
输、化工、轻工、冶金等领域。
热管在化工中应用
【原理结构】
热管结构如图 所示，是由管壳、管 芯（用于冷凝液回流） 和工质组成的真空封 闭系统。
热管在化工中应用
热管在化工中应用
热管技术及应用(制造工艺)
热管在化工中应用
重力热管的制作和工作原理：封闭的管内 先抽真空，使内压达到1.3×10-3～1.3×10-4Pa 左右，在此状态下充入少量介质（管内容积的十 分之一左右）。热管下部的蒸发端被加热后，液 体因吸收热量而汽化为蒸汽。在微小压差作用下 蒸汽流向热管上部的冷凝端，并向外界释放出热 量后凝结成液体。该液体在重力作用下沿热管内 壁回流到蒸发端，并再次吸热汽化，此过程无限 循环完成传热。由于是相变传热，因此热管热阻 很小，其传热效率很高。另外由于管内工质处于 饱和状态，（汽液平衡共存时的压力为液体的饱和蒸汽 压）因此热管几乎是在等温下传递热量。
热管在化工中应用
热管特点
蒸发段和凝结段具有相同的内部结构， 外界环境的热状态变化时，蒸发、凝结 两个工作段完全可以交换，因此这两种 结构的热管其传热方向在不同工况下是 可逆的。
热管在化工中应用
热管的特性
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。
热管是一种利用工质相变进行热量传递的高效传热器 件，其传热效率和输热能力是一般传热器件的100～ 1000倍，被誉为热的“超导体”。
热管技术是近年发展起来的一种新型热传导元件。它
打破了传统的以水为介质的传热方式，可将大量热量 通过极小的截面积实现远距离快速传输而无需 外加动力，从而实现了高效、节能、低耗的目的。
热管在化工中应用
热管的基本特性是：
• 1. 相变传热，极高的传热效率；热阻 极小，当量导热系数极高；
• 2. 灵活多变的结构形式及型体尺寸； 蒸发端和冷凝端可以分隔很远；
• 3. 具有很好的等温表面；输入输出的 热流密度可以变化。
热管在化工中应用
从热管与外界的换热情况来看，将热管分 成三个区段：
热管在化工中应用
3.热流方向可逆
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，夏天吸入 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。
热管在化工中应用
4 优良的传热效果
热管技术及其在石 油化工行业中应用
过程装备新技术之一
热管在化工中应用
此讲座目的
• 一种先进的传热技术、节能技术，拓 宽学生知识面。
（做学问如挖井，覆盖面与深度的关系）• 一种理论与实践有紧密联系技术。 • 一种与工程实际密切相关的技术，提
高学生的工程意识。
热管在化工中应用
热管技术是1963年美国 LosAlamos国家实验室的 G.M.Grover发明的传热元件. 热管技术可以说是传热技术的一次革命，属于开拓性 技术、开创性技术、原创性技术。
一般潜热传递的热量比显热传递的热量 大几个数量级。因此在极小的温差下热管可 以传输极大的热量。
热管在化工中应用
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。(热管技术所应用的设备上温度均衡)
热管的均温性已在均温炉和宇航飞行器中得到了应用;
热管在化工中应用
热管技术
•
热管是空间技术发展的产物，三十多年
来，随着热管技术研究的不断成熟和深入，
其应用也从空间扩展到地面，越来越广泛的
应用于工业、民用、国防等各个领域 (南化热管
项目合同平均每年1个亿，培养了多名博士、硕士)。
用热管制成的换热器结构紧凑、体积小、
重量轻、传热温差小、使用寿命长，已广泛