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什么是导热管

2019-08-24

  导热管是一种利用封闭在管内的特定工质反复进行物理相变或化学反应来传递热量的一种导热性极好的传热器件。问世于世界第二次能源危机时(上世纪60年代),至今已有近半个世纪的历史,起初被广泛应用在宇航、军工等行业,随着技术的发展,而今广泛应用于石油、化工、机械、印染、工业等余热回收领域。


  导热管的种类、结构、工质、用途各有独特之处,故热管的分类方法很多,按温度可分为低温热管(-270~0℃)、常温热管(0~200℃)、中温热管(200~600℃)和高温热管(600℃以上)。


  高温导热管以液态金属(钠、钾、铿等)为工作介质,具有良好的热稳定性和很低的饱和蒸汽压力,以不锈钢或其它耐热钢为管壳,能在1100℃以上高温烟气中工作。1963年美国的Los-Alamos科学实验室的Grove和他的同事们首次报道了高温热管成功工作。

  

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  1967年,Cotter首先对高温热管的起动问题进行了研究,提出高温热管的起动属于前端起动,即处于环境温度下蒸汽的密度很低,分子的平均自由程超过蒸汽腔的直径,在这种条件下的起动称为前端起动。Cotter在热管的轴向方向上建立了一维模型并建立了有效导热系数,但没有给出涉及到高温热管起动的精确分析关系,而且也没有将分析解答与实验数据相比较。


  1970年,Sockol等对用锂作为工作介质的高温热管进行研究,观察到在输入足够高的热量且当陡峭的温度界面沿热管长度方向运动时,热管壁温升到某一中间值时就保持恒定。基于上述实验观察,Cotter模型得到了验证和修改。


  Ivanovsikii等在分析了高温热管的起动现象后,总结出了3种特殊的起动方式:均匀起动、前端起动以及存在不凝性气体的前端起动,并基于温度分布提出了3种分子流动:自由分子流动、过渡分子流动与连续蒸汽流动。


  近十几年来,高温热管的理论研究热点主要针对整个管内工质处于冻结状态下的起动问题,同时随着计算流体力学与计算传热学的发展,其分析方法也随之改变为采用数值模拟方法。


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