1、1第三章第三章 高效間壁式熱交換器高效間壁式熱交換器高效間壁式熱交換器高效間壁式熱交換器螺旋板式螺旋板式板式板式板翅式板翅式熱管熱管微尺度微尺度能源利用角度方面對熱交換器的要求能源利用角度方面對熱交換器的要求傳熱效率高傳熱效率高體積小體積小2高效間壁式熱交換器高效間壁式熱交換器3.1 3.1 螺旋板式熱交換器螺旋板式熱交換器3.2 3.2 板式熱交換器板式熱交換器3.3 3.3 板翅式熱交換器板翅式熱交換器3.4 3.4 翅片管熱交換器翅片管熱交換器3.5 3.5 熱管熱交換器熱管熱交換器3.6 3.6 蒸發冷卻（冷凝）器的結構蒸發冷卻（冷凝）器的結構3高效就是換熱效率高，結構緊湊高效就是換熱

2、效率高，結構緊湊即在增加換熱器的傳熱面積的同即在增加換熱器的傳熱面積的同時，也要減小換熱器的體積時，也要減小換熱器的體積“緊湊性緊湊性”熱交換器的單位體熱交換器的單位體積中所包含的傳熱面積的大小，積中所包含的傳熱面積的大小，m m2 2/m/m3 3緊湊式熱交換器：緊湊式熱交換器：700m700m2 2/m/m3 3非緊湊性熱交換器：非緊湊性熱交換器：700m700m2 2/m/m3 3高效間壁式熱交換器高效間壁式熱交換器4螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板焊接在一塊分隔板上并卷制成螺螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板焊接在一塊分隔板上并卷制成螺旋狀而構成的。卷制后，在器內形成兩條相互隔開的螺旋形通道，旋

3、狀而構成的。卷制后，在器內形成兩條相互隔開的螺旋形通道，在頂、底部分別焊有封頭和兩流體進出口接管。其中有一對進出在頂、底部分別焊有封頭和兩流體進出口接管。其中有一對進出口接管是設在園周邊上，而另一對進出口則設在圓鼓的軸心上。口接管是設在園周邊上，而另一對進出口則設在圓鼓的軸心上。換熱時，冷、熱流體分別進入兩條通道，在器內作嚴格的逆流流換熱時，冷、熱流體分別進入兩條通道，在器內作嚴格的逆流流動。動。 第一節第一節 螺旋板式熱交換器螺旋板式熱交換器5基本構造基本構造外殼外殼 螺旋體螺旋體密封裝置密封裝置進出口進出口中心處有隔板將板片兩側流體隔開，各通道為環狀單一通中心處有隔板將板片兩側流體隔開，各

4、通道為環狀單一通道，其截面積為矩形，進出管分別接于兩通道的邊緣端道，其截面積為矩形，進出管分別接于兩通道的邊緣端 具體的說螺旋板式熱交換器的構造具體的說螺旋板式熱交換器的構造螺旋形傳熱板螺旋形傳熱板隔板隔板頭蓋頭蓋連接管連接管6工作過程工作過程 冷熱兩種流體分別在兩個螺旋通道中流動，流體冷熱兩種流體分別在兩個螺旋通道中流動，流體1 1從中從中心進入，沿螺旋形通道流到周邊流出；流體心進入，沿螺旋形通道流到周邊流出；流體2 2則由周邊進入，則由周邊進入，沿螺旋通道流到中心流出。螺旋流道有利于提高傳熱系數。沿螺旋通道流到中心流出。螺旋流道有利于提高傳熱系數。7定距柱定距柱作用作用保證流道的間距；保證

5、流道的間距；加強湍流；加強湍流；增加螺旋板剛度。增加螺旋板剛度。固定方式固定方式用用3 310mm10mm的圓鋼在卷板前預先焊接在鋼板上。的圓鋼在卷板前預先焊接在鋼板上。89分類分類不可拆式不可拆式: 可可拆拆式式通道兩端全部墊入密封條后焊接密封通道兩端全部墊入密封條后焊接密封冷流體由外周邊流向中心排出，熱流體由中心外周排出，純逆流冷流體由外周邊流向中心排出，熱流體由中心外周排出，純逆流夜夜液熱交換器，公稱壓力液熱交換器，公稱壓力2.5MPa2.5MPa通道兩端面交錯焊死，兩端面的密封采用端蓋加墊片通道兩端面交錯焊死，兩端面的密封采用端蓋加墊片冷流體由外周流向中心，熱流體由中心流向周邊，純逆流

6、冷流體由外周流向中心，熱流體由中心流向周邊，純逆流氣氣液熱交換器，公稱壓力液熱交換器，公稱壓力1.6MPa1.6MPa一通道兩端焊死，另一通道兩端全部敞開，兩端面的密封一通道兩端焊死，另一通道兩端全部敞開，兩端面的密封采用端蓋加墊片采用端蓋加墊片一側流體由外周流向中心在流向另一周邊，另側流體做軸一側流體由外周流向中心在流向另一周邊，另側流體做軸向流動向流動氣氣液冷凝器，公稱壓力液冷凝器，公稱壓力1.6MPa1010時，即可產生劇烈湍流，一般總傳熱系時，即可產生劇烈湍流，一般總傳熱系數可高達數可高達300030008000W/M8000W/M2 2.K.K。端部溫差小端部溫差小 逆流換熱，可達到

7、逆流換熱，可達到11的端部溫差。的端部溫差。熱損失小熱損失小 只有板片邊緣暴露，不需保溫，熱效率只有板片邊緣暴露，不需保溫，熱效率98%98%。適應性好，易調整適應性好，易調整 通過改變板片數目和組合方式即可調節換熱通過改變板片數目和組合方式即可調節換熱能力，與變化的熱負荷相匹配。能力，與變化的熱負荷相匹配。 流體滯留量小，對變化反應迅速，拆裝簡單，容易維護流體滯留量小，對變化反應迅速，拆裝簡單，容易維護 板片是板片是獨立的單元體，拆裝簡單，可將密封墊密閉的板片拆開、清洗。獨立的單元體，拆裝簡單，可將密封墊密閉的板片拆開、清洗。結垢傾向低結垢傾向低 高度紊流、光滑板表面，使積垢機率很小，且具自

8、高度紊流、光滑板表面，使積垢機率很小，且具自清潔功能，不易堵塞。清潔功能，不易堵塞。低成本低成本 使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而成，金屬耗量低，使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而成，金屬耗量低，當使用耐蝕材料時，投資成本明顯低于其他的換熱器。當使用耐蝕材料時，投資成本明顯低于其他的換熱器。50缺點：處理能力不大，操作壓力比較低，一般不超過缺點：處理能力不大，操作壓力比較低，一般不超過20 atm20 atm，受，受墊片耐熱性的限制，操作溫度不能太高，一般合成橡膠墊不超過墊片耐熱性的限制，操作溫度不能太高，一般合成橡膠墊不超過130130，壓縮石棉墊圈也不超過，壓縮石棉墊圈也不超過250250。

9、 513 3 型號表示法型號表示法板式換熱器代號板式換熱器代號板式波紋形式代號板式波紋形式代號單板工程換熱面積單板工程換熱面積設計壓力設計壓力換熱器換熱面積換熱器換熱面積墊片材料代號墊片材料代號框架結構形框架結構形式代號式代號舉例：舉例：BR0.3BR0.31.61.61515N NI IB板式熱交換器板式熱交換器BL板式冷凝器板式冷凝器BZ板式蒸發器板式蒸發器52第三節第三節 板翅式熱交換器板翅式熱交換器1 1 基本結構基本結構板束板束導流片導流片封頭封頭隔板隔板 翅片翅片 封條封條基本單元（通道基本單元（通道）53 板翅式換熱器結構組成板翅式換熱器結構組成 由基本換熱元件組成，由基本換熱元

10、件組成，（a a），在兩塊平隔板，在兩塊平隔板1 1中夾著一塊波紋形導熱翅中夾著一塊波紋形導熱翅片片3 3，兩端用側條，兩端用側條2 2密封，形成一層基本換熱元件，密封，形成一層基本換熱元件，許多這樣的元件交錯疊合（使相鄰兩流道流動方許多這樣的元件交錯疊合（使相鄰兩流道流動方向交錯）焊接起來構成板式換熱器向交錯）焊接起來構成板式換熱器。（。（b b）是一種是一種疊合方式。疊合方式。 波紋板形式波紋板形式 （a a）為平直形翅片，還有鋸齒翅為平直形翅片，還有鋸齒翅片片圖圖 、翅片帶孔、翅片帶孔圖圖、彎曲翅片、彎曲翅片圖圖等形式，目的是等形式，目的是增加流體的擾動，增強傳熱。增加流體的擾動，增強傳

11、熱。 板翅式換熱器由于兩側都有翅片，做氣氣換熱，板翅式換熱器由于兩側都有翅片，做氣氣換熱，傳熱系數對空氣可達傳熱系數對空氣可達350 W/(m350 W/(m2 2)。板翅換熱器。板翅換熱器結構非常緊湊，輕巧，每立方米體積中容納的傳結構非常緊湊，輕巧，每立方米體積中容納的傳熱面積可高達熱面積可高達4300 m4300 m2 2，承壓可達，承壓可達100bar100bar。但它容。但它容易堵塞，清洗困難，不易檢修。適用于清潔和無易堵塞，清洗困難，不易檢修。適用于清潔和無腐蝕的流體換熱。腐蝕的流體換熱。54板翅式換熱器結構原理圖板翅式換熱器結構原理圖1 1平隔板；平隔板；2 2側條；側條；3 3翅

12、片；翅片；4 4流體流體55光直翅片光直翅片鋸齒翅片鋸齒翅片多孔翅片多孔翅片56 板翅式換熱器板翅式換熱器 1 1，3 3側板；側板；2 2，5 5隔板；隔板；4 4翅片翅片不同流型的板束通道不同流型的板束通道5758a 翅片翅片b 隔板隔板c 封條封條d 分配段分配段e 集流箱集流箱兩種流體逆流換熱時板兩種流體逆流換熱時板翅式熱交換器分解圖翅式熱交換器分解圖59a a 翅片翅片擴大傳熱面積，提高換熱器緊湊性和傳熱效率擴大傳熱面積，提高換熱器緊湊性和傳熱效率支撐隔板，提高熱交換器的強度和承壓能力支撐隔板，提高熱交換器的強度和承壓能力1 平直翅片（平直翅片（PZPZ）具有很長光滑壁的長方形具有很

13、長光滑壁的長方形翅片，流動和傳熱特性與翅片，流動和傳熱特性與圓管內的相似。圓管內的相似。流動阻力小，換熱系數也流動阻力小，換熱系數也很小很小適用于：阻力要求嚴格，適用于：阻力要求嚴格，而本身對流換熱系數較大而本身對流換熱系數較大的場合。的場合。傳熱機理：二次傳熱表面傳熱機理：二次傳熱表面602 2 鋸齒形翅片（鋸齒形翅片（JCJC）將平直翅片切成許多短將平直翅片切成許多短小片段，相互錯開一定小片段，相互錯開一定的間隔，間斷式；的間隔，間斷式；促進流體的湍動，破壞促進流體的湍動，破壞熱邊界層，強化換熱；熱邊界層，強化換熱；適用于：氣體通道，高、適用于：氣體通道，高、低溫介質溫差較大的場低溫介質溫

14、差較大的場合、黏度較大的油通道；合、黏度較大的油通道；傳熱性能與翅片切開長傳熱性能與翅片切開長度有關。度有關。613 3 多孔翅片（多孔翅片（DKDK）平直翅片上沖出許多圓孔平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而形成，翅片開孔或方孔而形成，翅片開孔率率5-10%5-10%，孔的排列方式，孔的排列方式有長方形、平行四邊形、有長方形、平行四邊形、正三角形；正三角形；孔破壞傳熱邊界層，提高孔破壞傳熱邊界層，提高傳熱效果，高傳熱效果，高ReRe數時會出數時會出現噪音和振動；現噪音和振動；開孔有利于流體的均勻分開孔有利于流體的均勻分配，利于介質中雜質、顆配，利于介質中雜質、顆粒的沖刷和排除；粒的沖刷和排除；適用

15、于：有相變介質的換適用于：有相變介質的換熱，用作入口處的導流片熱，用作入口處的導流片624 4 波紋翅片（波紋翅片（PWPW）在平直翅片上壓成一定的在平直翅片上壓成一定的波形而形成，傳熱效果介波形而形成，傳熱效果介于平直形和鋸齒形之間；于平直形和鋸齒形之間；流體在內流動時不斷改變流體在內流動時不斷改變流向，促進湍動，分離、流向，促進湍動，分離、破壞熱邊界層，強化傳熱；破壞熱邊界層，強化傳熱；波紋越密，波幅越大，傳波紋越密，波幅越大，傳熱性能越好，但阻力也增熱性能越好，但阻力也增大；大；耐壓強度較高；耐壓強度較高；適用于：壓力較高的氣體適用于：壓力較高的氣體換熱場合。換熱場合。其他：百葉窗式，片

16、條式翅片、釘狀翅片63翅片的表示方法：用漢語拼音和數字翅片的表示方法：用漢語拼音和數字65PZ210365PZ2103表示表示：6565翅高翅高6.5mm6.5mm2121節距節距2.1mm2.1mm0303翅厚翅厚0.3mm0.3mmPZPZ平直平直64b b 封條封條使流體在單元體的流道中流動而不向兩側外流使流體在單元體的流道中流動而不向兩側外流c c 隔板隔板表面覆蓋一層釬料合金的金屬板，與翅片焊接成整體，釬料合表面覆蓋一層釬料合金的金屬板，與翅片焊接成整體，釬料合金厚度約為金厚度約為0.1-0.4mm0.1-0.4mm。含硅。含硅5-12%5-12%d d 導流片（分配段）導流片（分配

17、段）使介質在翅片中均勻分布，便于封頭的布置使介質在翅片中均勻分布，便于封頭的布置保護較薄翅片制造時不受損壞，避免通道堵塞保護較薄翅片制造時不受損壞，避免通道堵塞6566I I型：主要用于換熱器的端部有兩個封頭，需把流體引導到端型：主要用于換熱器的端部有兩個封頭，需把流體引導到端部一例的封頭內的場合。部一例的封頭內的場合。IIII型：主要用于換熱器端部有三個以上的封頭，需把一股流體型：主要用于換熱器端部有三個以上的封頭，需把一股流體引導到中間封頭的場合。引導到中間封頭的場合。IIIIII型：主要用于換熱型：主要用于換熱器端部敞開或僅有一個器端部敞開或僅有一個封頭的場合，或用于錯封頭的場合，或用于

18、錯流形的換熱器流形的換熱器67IVIV型型 主要用于換熱器端部無法布置封頭，需把封頭布置主要用于換熱器端部無法布置封頭，需把封頭布置于兩側的場合于兩側的場合e e 封頭封頭即為集流器，聚集流體，并使板束和工藝管道連接起來即為集流器，聚集流體，并使板束和工藝管道連接起來V V型：應用較少，主要用于管路布置中型：應用較少，主要用于管路布置中68順流形式順流形式換熱效率較低，應用較少，主要用在加熱時需要避換熱效率較低，應用較少，主要用在加熱時需要避 免流體被加熱（或冷卻）到高（或低）于某一規定免流體被加熱（或冷卻）到高（或低）于某一規定 溫度的場合溫度的場合3 3 流道布置流道布置優點：優點：69逆

19、流形式逆流形式熱利用率高，熱利用率高，平均溫差較小，平均溫差較小，應用最普遍應用最普遍優點：優點：70錯流形式錯流形式錯逆流形式錯逆流形式傳熱效率高，可使換熱傳熱效率高，可使換熱 器布置比較合理，常用器布置比較合理，常用 于一側有相變或溫差變于一側有相變或溫差變 化很小的場合化很小的場合可縮小通道截面積，提高可縮小通道截面積，提高 介質初速，從而提高給熱介質初速，從而提高給熱 系數，結構緊湊，適用于系數，結構緊湊，適用于 兩種流體換熱系數相差較兩種流體換熱系數相差較 大的場合大的場合優點優點優點：優點：71混流形式混流形式可同時處理幾種流體的換可同時處理幾種流體的換 熱，并能合理分配各種流體熱

20、，并能合理分配各種流體 的傳熱面積，使換熱器更為的傳熱面積，使換熱器更為 緊湊，減小冷量損失，適用緊湊，減小冷量損失，適用 于多種流體進行換熱的場合于多種流體進行換熱的場合優點：優點：724 4 組裝結構組裝結構并聯組裝并聯組裝 在制造時截面積和長度都要受到釬焊工藝的限制在制造時截面積和長度都要受到釬焊工藝的限制單個板束熱交換器不能滿足使用需要，采用組裝體單個板束熱交換器不能滿足使用需要，采用組裝體73串串聯聯組組裝裝74串并聯組裝串并聯組裝755 5 優缺點優缺點傳熱效率高：可對介質造成擾動，使邊界層不斷破裂更新，從傳熱效率高：可對介質造成擾動，使邊界層不斷破裂更新，從 熱強化換熱熱強化換熱

21、結構緊湊，重量輕：重量僅為具有相同換熱面積的管殼式的結構緊湊，重量輕：重量僅為具有相同換熱面積的管殼式的1/101/10， 而單位傳熱面積的金屬消耗比管殼式小幾倍而單位傳熱面積的金屬消耗比管殼式小幾倍適用范圍廣：可以適用于氣適用范圍廣：可以適用于氣氣、氣氣、氣液、液液、液液間各種不同介液間各種不同介 質患熱，亦可用作蒸發器、冷凝器。適用于逆流、質患熱，亦可用作蒸發器、冷凝器。適用于逆流、 錯流、多股流、多程流等不同工況的換熱，可在錯流、多股流、多程流等不同工況的換熱，可在 -273-273+500+500溫度范圍內使用溫度范圍內使用同一設備內，可允許同一設備內，可允許2-92-9種介質間進行換

22、熱種介質間進行換熱制造工藝復雜，且要求嚴格制造工藝復雜，且要求嚴格容易堵塞，清洗和檢修較困難容易堵塞，清洗和檢修較困難762 2 傳熱機理傳熱機理 傳熱特點是：傳熱特點是：具有擴展的二次傳熱表面具有擴展的二次傳熱表面( (翅片翅片) )。如圖所示，。如圖所示，高溫側流體的熱量除了由一次表面（隔板）導入低溫側流體，高溫側流體的熱量除了由一次表面（隔板）導入低溫側流體，還沿翅片高度方向傳遞部分熱量。即沿翅片高度方向由隔板導還沿翅片高度方向傳遞部分熱量。即沿翅片高度方向由隔板導入熱量，再將這些熱量對流傳遞給低溫側流體。入熱量，再將這些熱量對流傳遞給低溫側流體。 翅片高度大大超過了翅片的厚度，因此沿翅

23、片高度方向的導翅片高度大大超過了翅片的厚度，因此沿翅片高度方向的導熱過程類似于均質細長導桿的導熱，翅片熱阻不能被忽略。熱過程類似于均質細長導桿的導熱，翅片熱阻不能被忽略。 翅片表面的溫度分布情況如果所示。翅片兩端溫度最高，等翅片表面的溫度分布情況如果所示。翅片兩端溫度最高，等于隔板溫度。隨著翅片和流體的對流放熱，溫度不斷降低直至于隔板溫度。隨著翅片和流體的對流放熱，溫度不斷降低直至在翅片中部趨于流體溫度。在翅片中部趨于流體溫度。77第五節第五節 熱管熱交換器熱管熱交換器1 熱管的發展及現狀19441944年年: :通用發動機公司的通用發動機公司的R.S.GauglerR.S.Gaugler首先

24、提出了熱管的工首先提出了熱管的工作原理作原理, ,但是他的想法當時并沒有被廣泛的采納利但是他的想法當時并沒有被廣泛的采納利用。用。19631963年年: :美國的美國的Los AlamosLos Alamos國家實驗室的國家實驗室的G.M.GroverG.M.Grover重新獨重新獨立發明了這種傳熱元件立發明了這種傳熱元件, ,并進行了性能測試實驗并進行了性能測試實驗, ,將將這種傳熱元件正式命名為熱管這種傳熱元件正式命名為熱管-heat pipe-heat pipe。19651965年年:Cotter:Cotter首次提出了較完整的熱管理論。首次提出了較完整的熱管理論。7070年代以來年代以

25、來: :熱管技術飛速發展熱管技術飛速發展. .我國也自我國也自7070年代開始年代開始, , 展開展開了對熱管的研究和應用。了對熱管的研究和應用。現在熱管在電子工業、余熱回收、新能源等方面得到了廣泛現在熱管在電子工業、余熱回收、新能源等方面得到了廣泛應用應用熱管的工作原理及結構熱管的工作原理及結構782 2 熱管熱管的組成的組成 熱管是一種利用熱管是一種利用氣化氣化和和冷凝冷凝的高潛的高潛熱及熱及毛細抽吸毛細抽吸現象，無需外界動力現象，無需外界動力而能夠進行傳熱的高效節能元件而能夠進行傳熱的高效節能元件以以吸熱芯熱管吸熱芯熱管來介來介紹熱管的結構紹熱管的結構管殼管殼毛細多空材料（管芯）毛細多空

26、材料（管芯） 蒸汽通道蒸汽通道蒸發段蒸發段絕熱段絕熱段冷凝段冷凝段793 3 熱管的工作過程熱管的工作過程 熱量由蒸發段輸入后，毛細材料中的工作液受熱蒸發，熱量由蒸發段輸入后，毛細材料中的工作液受熱蒸發，蒸汽順著蒸汽通道流向冷凝段；在冷凝段，蒸汽受到冷凝結蒸汽順著蒸汽通道流向冷凝段；在冷凝段，蒸汽受到冷凝結成液體，放出熱量；凝結液體再沿多孔材料靠毛細力的作用成液體，放出熱量；凝結液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發段。流回蒸發段。8081 熱管工作的主要任務是從加熱段吸收熱量，通過內部相熱管工作的主要任務是從加熱段吸收熱量，通過內部相變傳熱過程，把熱量輸送到冷卻段，從而實現熱量轉移，完變傳熱

27、過程，把熱量輸送到冷卻段，從而實現熱量轉移，完成這一轉移有六個同時發生又相互關聯的主要過程：成這一轉移有六個同時發生又相互關聯的主要過程：（1）熱量從熱源通過熱管管殼和吸液芯（吸液芯中充滿工作熱量從熱源通過熱管管殼和吸液芯（吸液芯中充滿工作 液體）傳遞到液液體）傳遞到液汽分界面汽分界面（2）液體的蒸發段內的液液體的蒸發段內的液汽分界面上蒸發汽分界面上蒸發（3 3）蒸氣腔內的蒸汽從蒸發段流到冷卻段蒸氣腔內的蒸汽從蒸發段流到冷卻段（4 4）蒸氣在冷卻段內的汽蒸氣在冷卻段內的汽液分界面上的凝結液分界面上的凝結（5 5）熱量從液熱量從液汽分界面通過吸液芯、液體和管壁傳給冷源汽分界面通過吸液芯、液體和管

28、壁傳給冷源（6 6）在吸液芯內由毛細作用使冷凝液從冷卻段回流到蒸發段在吸液芯內由毛細作用使冷凝液從冷卻段回流到蒸發段82管管 殼殼作用作用： 將熱管的工作部分封閉起來，在熱管兩端部接受和放出熱將熱管的工作部分封閉起來，在熱管兩端部接受和放出熱量，并承受一定的壓力量，并承受一定的壓力要求要求： a a 在整個工作壓力范圍內不發生工質泄露，壽命夠長在整個工作壓力范圍內不發生工質泄露，壽命夠長b b 管殼結構既能承受內部最大的蒸汽壓力，又能兼顧降低管殼結構既能承受內部最大的蒸汽壓力，又能兼顧降低 管壁熱阻，管壁盡可能薄管壁熱阻，管壁盡可能薄c c 管殼材料與工質必須相容，避免有腐蝕和氣體產生的現管殼

29、材料與工質必須相容，避免有腐蝕和氣體產生的現 象出現象出現d d 管殼材料經得住工藝除氣工程中的高溫管殼材料經得住工藝除氣工程中的高溫e e 管殼材料濕潤性好，導熱系數高管殼材料濕潤性好，導熱系數高材料材料： 不繡鋼，銅，鋁，鎳，玻璃，陶瓷不繡鋼，銅，鋁，鎳，玻璃，陶瓷83管芯（毛細多孔材料）管芯（毛細多孔材料）作用作用：產生毛細抽吸力，使液體由冷凝段回流到蒸發段產生毛細抽吸力，使液體由冷凝段回流到蒸發段要求要求：a a 起到有效的毛細泵作用起到有效的毛細泵作用b b 與工質、管壁材料必須相容與工質、管壁材料必須相容c c 具有較高滲透率且傳熱性能好具有較高滲透率且傳熱性能好d d 具有足夠的

30、剛性，以保證吸液芯與管壁緊密接觸具有足夠的剛性，以保證吸液芯與管壁緊密接觸e e 便于加工，性能可靠，經濟性好便于加工，性能可靠，經濟性好分類分類：a a 緊貼管壁的單層及多層網芯緊貼管壁的單層及多層網芯84b b 燒結粉末管芯燒結粉末管芯c c 軸向槽道式管芯軸向槽道式管芯d d 組合管芯組合管芯一定數目的金屬粉末或金屬絲網燒結一定數目的金屬粉末或金屬絲網燒結在管內壁面而成在管內壁面而成在管殼內壁開軸向細槽，以提供毛在管殼內壁開軸向細槽，以提供毛細壓頭及液體回流通道細壓頭及液體回流通道85工作液工作液作用作用： 攜帶熱量攜帶熱量要求要求：a a 具有較高的汽化潛熱和導熱系數，及合適的飽和壓力

31、具有較高的汽化潛熱和導熱系數，及合適的飽和壓力 和沸點和沸點b b 具有較低的粘度，良好的穩定性具有較低的粘度，良好的穩定性c c 具有較大的表面張力和潤濕毛細結構的能力具有較大的表面張力和潤濕毛細結構的能力d d 對毛細結構和管壁無溶解作用對毛細結構和管壁無溶解作用種類種類：隨熱管內部的工作溫度而定隨熱管內部的工作溫度而定低溫范圍內：乙醇，丙酮，氟利昂，液氨，液氮，液氫低溫范圍內：乙醇，丙酮，氟利昂，液氨，液氮，液氫常溫：水常溫：水高溫范圍內：聯苯，萘，汞，液態金屬（鉀、鈉、鉀鈉合金）高溫范圍內：聯苯，萘，汞，液態金屬（鉀、鈉、鉀鈉合金）864 4 熱管的分類熱管的分類吸熱芯熱管（依靠毛細力

32、）吸熱芯熱管（依靠毛細力）兩相熱虹吸管（依靠重力回流）兩相熱虹吸管（依靠重力回流）旋轉熱管（依靠離心力）旋轉熱管（依靠離心力）重力輔助重力輔助( (依靠毛細力和重力依靠毛細力和重力) ) 電動力熱管電動力熱管磁液體動力熱管磁液體動力熱管平板熱管平板熱管脈動熱管脈動熱管回路熱管回路熱管875 5 熱管工作時的特點熱管工作時的特點 假設熱管中沿蒸發段蒸發是均勻的，沿冷凝段冷凝也是均勻的，假設熱管中沿蒸發段蒸發是均勻的，沿冷凝段冷凝也是均勻的，則熱管工作時其內的質量流量、壓力及溫度分布如圖：則熱管工作時其內的質量流量、壓力及溫度分布如圖：質量流量：質量流量：在冷凝段上，在冷凝段上，工作液工作液在在流

33、動方流動方向向上因蒸汽不斷冷凝而增加；上因蒸汽不斷冷凝而增加；而在蒸發段，工作液在流動方而在蒸發段，工作液在流動方向上因蒸發而不斷減少；在絕向上因蒸發而不斷減少；在絕熱段，工作液保持不變熱段，工作液保持不變溫度：溫度：蒸發段的飽和溫度稍高于冷凝蒸發段的飽和溫度稍高于冷凝段飽和溫度，此溫差段飽和溫度，此溫差1-29090，為不浸潤液體，液，為不浸潤液體，液面在表面張力的作用下下降。面在表面張力的作用下下降。 9090, ,為浸潤液體，液面在為浸潤液體，液面在表面張力的作用下上升表面張力的作用下上升 6 6 普通熱管原理普通熱管原理891122212121RdSdSRdSdSdSdSpp受力分析得

34、到方程受力分析得到方程:假定假定R R1 1=R=R2 2整理后得到整理后得到: :Rp290熱管內的毛細頭熱管內的毛細頭ghRpghppghppAB200grgRhcos22平衡時有平衡時有: :上升高度上升高度h:h:就是毛細頭就是毛細頭, ,它是熱管它是熱管循環的基本推動力循環的基本推動力p917 7 熱管的傳熱極限熱管的傳熱極限粘性極限粘性極限聲速極限聲速極限攜帶極限攜帶極限毛細極限毛細極限沸騰極限沸騰極限92粘性極限：粘性極限：1-21-2熱管中蒸汽流動的粘滯阻力限制了熱管的最大傳熱能力熱管中蒸汽流動的粘滯阻力限制了熱管的最大傳熱能力聲速極限：聲速極限：2-32-3熱管內蒸汽流速在某

35、一點達到當地聲速而限制熱的傳熱能力熱管內蒸汽流速在某一點達到當地聲速而限制熱的傳熱能力攜帶極限：攜帶極限：3-43-4熱管內部蒸氣流速過高，將逆向回流的冷凝液體部分地從汽熱管內部蒸氣流速過高，將逆向回流的冷凝液體部分地從汽液交界面上液交界面上“撕脫撕脫”下來，攜帶至熱管的冷凝段，從而破壞了下來，攜帶至熱管的冷凝段，從而破壞了熱管的正常工作并達到傳熱極限熱管的正常工作并達到傳熱極限93毛細極限：毛細極限：4-54-5熱管在工作條件下，內部的汽、液循環流動所產生的壓力降和熱管在工作條件下，內部的汽、液循環流動所產生的壓力降和重力場對管內流動的影響，由此面帶來的壓力損失恰好與熱管重力場對管內流動的影

36、響，由此面帶來的壓力損失恰好與熱管內吸液芯所產生的最大毛細壓頭相平衡，此時所達到的熱管傳內吸液芯所產生的最大毛細壓頭相平衡，此時所達到的熱管傳熱極限熱極限沸騰極限：沸騰極限：5-65-6熱管加熱段吸液芯中的液體受熱沸騰所產生的氣泡阻礙熱管加熱段吸液芯中的液體受熱沸騰所產生的氣泡阻礙了正常液體的回流，或由于徑向熱流密度過大，從而形了正常液體的回流，或由于徑向熱流密度過大，從而形成膜態沸騰，使得壁面干涸所產生的傳熱極限成膜態沸騰，使得壁面干涸所產生的傳熱極限948 8 熱管的優點熱管的優點 很高的導熱性很高的導熱性: :比普通的金屬導體高幾個數量級。比普通的金屬導體高幾個數量級。 優良的等溫性優良

37、的等溫性: :蒸汽處于飽和狀態蒸汽處于飽和狀態, ,從而保證了很從而保證了很小的溫差小的溫差, ,利用該特性來實現溫度展平。利用該特性來實現溫度展平。 熱流密度可變性熱流密度可變性: :可以通過改變蒸發段和冷凝段的可以通過改變蒸發段和冷凝段的面積來很方便的調節熱流密度。面積來很方便的調節熱流密度。 熱流方向的可逆性熱流方向的可逆性: :由于其內部循環動力是毛細力由于其內部循環動力是毛細力, ,所以任意一端受熱都可以成為蒸發段。所以任意一端受熱都可以成為蒸發段。 環境的適應性環境的適應性: :熱管的形狀可以隨熱源和冷源的條熱管的形狀可以隨熱源和冷源的條件而變化件而變化, ,并可以將熱源和冷源分隔

38、在兩個場所進并可以將熱源和冷源分隔在兩個場所進行熱交換。行熱交換。95 由兩塊平行的板殼和吸液芯組成由兩塊平行的板殼和吸液芯組成, ,通道截通道截面為扁平的矩形。面為扁平的矩形。 目前目前, ,出現了由多個微型熱管平行排列組出現了由多個微型熱管平行排列組成的新型平板熱管成的新型平板熱管, ,它的兩塊平行紫銅板中它的兩塊平行紫銅板中間采用焊接的方式固定若干互相平行的細銅間采用焊接的方式固定若干互相平行的細銅絲絲, ,其中每相鄰兩根銅絲和上下兩塊紫銅板其中每相鄰兩根銅絲和上下兩塊紫銅板之間圍成一個通道之間圍成一個通道, ,通道截面由兩條半圓曲通道截面由兩條半圓曲線和兩條平行直線構成。線和兩條平行直

39、線構成。 平板熱管由于質量輕、良好的啟動性和平板熱管由于質量輕、良好的啟動性和均溫性的優勢均溫性的優勢, ,而成為目前電子元件散熱方而成為目前電子元件散熱方面的熱點研究面的熱點研究, ,在國外已經得到應用。在國外已經得到應用。平板熱管平板熱管96脈動熱管是由金屬毛細管彎曲成蛇形結構,管內抽成真空后充注部分工作介質,由于管徑足夠小,管內將形成氣泡柱和液體柱間隔布置并呈隨機分布的狀態。在蒸發端,工質吸熱產生氣泡,迅速膨脹和升壓,推動工質流向低溫冷凝端。那里,氣泡冷卻收縮并破裂,壓力下降。這樣,由于兩端間存在壓差以及相鄰管子之間存在的壓力不平衡,使得工質在蒸發端和冷凝端之間振蕩流動,從而實現熱量的傳遞97 (Loop Heat Pipe , (Loop Heat Pipe , 簡稱簡稱LHP) LHP) 作為一種新型熱控作為一種新型熱控技術技術, ,經過近三十年的發展經過近三十年的發展, ,已日趨成熟已日趨成熟, ,