熱管技術(shù)與應(yīng)用課件

第9章熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用第9章熱管技術(shù)19熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用1963年,熱管誕生于美國LOsalamos國家實驗室的G.M.Grover之手,它巧妙地利用了氣液變化過程中的吸放熱原理,具備了超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力熱管技術(shù)的原理,主要是利用工作流體的蒸發(fā)與冷凝來傳遞熱量(熱管工作流體涵蓋從低溫應(yīng)用的氦、氮,到高溫應(yīng)用的鈉、鉀等液態(tài)金屬;較為常見的熱管工作流體則有氨、水、丙酬及甲醇等)。熱管一般是由管殼、吸液芯和端蓋三個部分組成。將管內(nèi)抽至較高的真空度后充以適量的工作流體,使得緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體后加以密封。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用29熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用9.1熱管的組成2314蒸發(fā)段絕熱段凝結(jié)段圖7.1熱管示意圖1管殼;2管芯;3蒸汽腔;4工作液順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用39熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用熱管:是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件,常用的熱管由三部分組成:主體為一根封閉的金屬管(管殼),內(nèi)部空腔內(nèi)有少量工作介質(zhì)(工作液)和毛細(xì)結(jié)構(gòu)(管芯),管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時利用了三種物理學(xué)原理:()在真空狀態(tài)下,液體的沸點降低(2)同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多;(3)多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對液體的抽吸力可使液體流動。從傳熱狀況看,熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段,絕熱段和冷凝段三部分。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用49熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用(1)熱管的管殼是受壓部件,要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的材料制造。在材料的選擇上必須考慮到熱管在長期運行中管殼無腐蝕,工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不產(chǎn)生氣體。管殼材料有多種,以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多,也可用貴重金屬鈮、鉭或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來,在熱端和冷端接受和放出熱量,并承受管內(nèi)外壓力不等時所產(chǎn)生的壓力差。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用59熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用(2)熱管的管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu),通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻,襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。如下圖所示為幾種不同的管芯的結(jié)果示意圖(順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用69熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用燒結(jié)式熱管制造工藝燒結(jié)式熱管,顧名思義,其毛細(xì)結(jié)構(gòu)是通過高溫下銅粉燒結(jié)制造而成的。我們最常見的水介質(zhì)燒結(jié)式熱管制造流程大致為:選取99.5%純度的銅粉,銅粉單體粒徑一定要控制在75~150微米。首先使用工具將外徑5mm紅銅管內(nèi)部清除干凈,去除毛刺,接著將銅管放到稀硫酸中使用超聲波清洗。清洗干凈之后我們將得到一根內(nèi)外壁皆十分光滑無氧化物的銅管。此時將一根細(xì)鋼棍插到銅管里(需要工具精確地將鋼棍兒固定在銅管的中央,以方便銅粉均勻填充),將銅管底部用銅片暫時封閉。接著就可以把純銅粉倒入銅管了。裝填完畢之后就可以拿到燒結(jié)爐進行燒結(jié)。在燒結(jié)過程中,溫度的把控也很重要。一般燒結(jié)爐峰值溫度控制在800~850度(根據(jù)熱管產(chǎn)品要求的滲透率規(guī)定)。燒結(jié)完成之后使用一個輔助工具把銅管加緊,使用工具把鋼棍抽出即可順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用79熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用(3)熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù),合適的飽和壓力及沸點,較低的粘度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力,使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能對工作液作用并產(chǎn)生必須的毛細(xì)力。工作液還不能對毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用,否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用89熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用如圖:當(dāng)熱管的一端受熱熱量輸出時毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化,蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體,液體在沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸嘆液西發(fā)段。如此循環(huán)不已,熱飽和汽工作液四量便從一端傳到了另一端!順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用99熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用在這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中,具體包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的過程:(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液的吸液芯傳遞到液氣分界面;(2)液體在蒸發(fā)段的液氣分界面上蒸發(fā)(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的液-氣分界面上凝結(jié)(5)熱量從液-氣分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用(或重力等)是冷凝后的工作也體回流到蒸發(fā)段。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用10熱管技術(shù)與應(yīng)用課件11熱管技術(shù)與應(yīng)用課件12熱管技術(shù)與應(yīng)用課件13熱管技術(shù)與應(yīng)用課件14熱管技術(shù)與應(yīng)用課件15熱管技術(shù)與應(yīng)用課件16熱管技術(shù)與應(yīng)用課件17熱管技術(shù)與應(yīng)用課件18熱管技術(shù)與應(yīng)用課件19熱管技術(shù)與應(yīng)用課件20熱管技術(shù)與應(yīng)用課件21熱管技術(shù)與應(yīng)用課件22熱管技術(shù)與應(yīng)用課件23熱管技術(shù)與應(yīng)用課件24熱管技術(shù)與應(yīng)用課件25熱管技術(shù)與應(yīng)用課件26熱管技術(shù)與應(yīng)用課件27熱管技術(shù)與應(yīng)用課件28熱管技術(shù)與應(yīng)用課件29熱管技術(shù)與應(yīng)用課件30熱管技術(shù)與應(yīng)用課件31熱管技術(shù)與應(yīng)用課件32第9章熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用第9章熱管技術(shù)339熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用1963年,熱管誕生于美國LOsalamos國家實驗室的G.M.Grover之手,它巧妙地利用了氣液變化過程中的吸放熱原理,具備了超過任何已知金屬的導(dǎo)熱能力熱管技術(shù)的原理,主要是利用工作流體的蒸發(fā)與冷凝來傳遞熱量(熱管工作流體涵蓋從低溫應(yīng)用的氦、氮,到高溫應(yīng)用的鈉、鉀等液態(tài)金屬;較為常見的熱管工作流體則有氨、水、丙酬及甲醇等)。熱管一般是由管殼、吸液芯和端蓋三個部分組成。將管內(nèi)抽至較高的真空度后充以適量的工作流體,使得緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體后加以密封。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用349熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用9.1熱管的組成2314蒸發(fā)段絕熱段凝結(jié)段圖7.1熱管示意圖1管殼;2管芯;3蒸汽腔;4工作液順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用359熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用熱管:是一種傳熱性極好的人工構(gòu)件,常用的熱管由三部分組成:主體為一根封閉的金屬管(管殼),內(nèi)部空腔內(nèi)有少量工作介質(zhì)(工作液)和毛細(xì)結(jié)構(gòu)(管芯),管內(nèi)的空氣及其他雜物必須排除在外。熱管工作時利用了三種物理學(xué)原理:()在真空狀態(tài)下,液體的沸點降低(2)同種物質(zhì)的汽化潛熱比顯熱高的多;(3)多孔毛細(xì)結(jié)構(gòu)對液體的抽吸力可使液體流動。從傳熱狀況看,熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段,絕熱段和冷凝段三部分。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用369熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用(1)熱管的管殼是受壓部件,要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的材料制造。在材料的選擇上必須考慮到熱管在長期運行中管殼無腐蝕,工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),不產(chǎn)生氣體。管殼材料有多種,以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多,也可用貴重金屬鈮、鉭或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來,在熱端和冷端接受和放出熱量,并承受管內(nèi)外壓力不等時所產(chǎn)生的壓力差。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用379熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用(2)熱管的管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu),通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻,襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。如下圖所示為幾種不同的管芯的結(jié)果示意圖(順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用389熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用燒結(jié)式熱管制造工藝燒結(jié)式熱管,顧名思義,其毛細(xì)結(jié)構(gòu)是通過高溫下銅粉燒結(jié)制造而成的。我們最常見的水介質(zhì)燒結(jié)式熱管制造流程大致為:選取99.5%純度的銅粉,銅粉單體粒徑一定要控制在75~150微米。首先使用工具將外徑5mm紅銅管內(nèi)部清除干凈,去除毛刺,接著將銅管放到稀硫酸中使用超聲波清洗。清洗干凈之后我們將得到一根內(nèi)外壁皆十分光滑無氧化物的銅管。此時將一根細(xì)鋼棍插到銅管里(需要工具精確地將鋼棍兒固定在銅管的中央,以方便銅粉均勻填充),將銅管底部用銅片暫時封閉。接著就可以把純銅粉倒入銅管了。裝填完畢之后就可以拿到燒結(jié)爐進行燒結(jié)。在燒結(jié)過程中,溫度的把控也很重要。一般燒結(jié)爐峰值溫度控制在800~850度(根據(jù)熱管產(chǎn)品要求的滲透率規(guī)定)。燒結(jié)完成之后使用一個輔助工具把銅管加緊,使用工具把鋼棍抽出即可順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用399熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用(3)熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù),合適的飽和壓力及沸點,較低的粘度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力,使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能對工作液作用并產(chǎn)生必須的毛細(xì)力。工作液還不能對毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用,否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用409熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用如圖:當(dāng)熱管的一端受熱熱量輸出時毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化,蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體,液體在沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸嘆液西發(fā)段。如此循環(huán)不已,熱飽和汽工作液四量便從一端傳到了另一端!順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用419熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用在這一熱量轉(zhuǎn)移的過程中,具體包含了以下六個相互關(guān)聯(lián)的過程:(1)熱量從熱源通過熱管管壁和充滿工作液的吸液芯傳遞到液氣分界面;(2)液體在蒸發(fā)段的液氣分界面上蒸發(fā)(3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段(4)蒸汽在冷凝段內(nèi)的液-氣分界面上凝結(jié)(5)熱量從液-氣分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源(6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用(或重力等)是冷凝后的工作也體回流到蒸發(fā)段。順德職院機電糸9熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用42熱管技術(shù)與應(yīng)用課件43熱管技術(shù)與應(yīng)用課件44熱管技術(shù)與應(yīng)用課件45熱管技術(shù)與應(yīng)用課件46熱管技術(shù)與應(yīng)用課件47