热管及其应用，本文主要内容关键词为：及其应用论文,热管论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2001年第11届全国初中应用物理知识竞赛，有一题涉及有关热管的问题，下面就谈谈热管及其应用。
1 什么是热管？
热管是60年代发展起来的新型传热器件。它的主要特点是：其传热效率和输热能力大大超出一般的传热器件，用热管制成的换热器结构紧凑、体积小、重量轻、传热温差小。
由于热管具有一般传热器件所没有的优良性能，所以被誉为“热的超导体”得到了广泛的应用。
热管从外表看是一根封闭的金属管，其内部有工作液和吸液芯，如图所示。壳体内抽成10[－2]mmHg～10[－6]mmHg的真空。工作液是热管工作的载热、输热介质，依靠它的相变形成热管的工作循环。壳体内的工作介质为汽液两相共存，液态介质浸没于吸液芯内，汽态介质充满壳体内腔。吸液芯是由金属制成的网状结构，它紧贴于管壳内壁，是液态介质的栖身之地。借助于表面张力产生的毛细作用，提供凝结液回流的推动力。
图1 热管的基本结构
2 热管的工作原理
当热源对热管的一端（蒸发段）供热时，工作液从热源吸热而汽化，使局部蒸气压升高。在压差作用下，蒸汽迅速流向另一端（冷凝段），并向冷源放出潜热而凝结成液体。凝结液在吸液芯毛细抽吸力的作用下，从冷却端返回蒸发段再吸取热源供给的热量。如此循环往复，热量不断地从热源输送到冷源。
如果我们把一根长度大小适中的铜——水热管和一根大小形状完全一致的铜管的一端同时垂直插入一杯开水中，用手扶住它们的另一端。可以发现，在不到一分钟时间内，热管上部温度可以迅速上升到烫手的程度，而铜管上部的温度变化缓慢。在各自达到稳定后，热管两端表面温度接近相等，而铜棒两端温差很大。这说明热管的传热性能比良导热体要高很多。实验证明，一支热管的传热性能比金属导热体高出几千倍。
在重力场内，当热管具有一定的倾斜度时，可以利用重力使热管内凝结液回流，这时管内吸液芯可省略，这种热管称为重力辅助热管。安装在高速旋转的电机或发动机轴内的热管，其内壁加工成一定的斜度，依靠高速旋转产生的离心力使凝结液回流，这种热管称为旋转热管。随着热管技术的发展，热管的类型已经很多，如槽道热管、渗透热管、陶瓷热管、可控热管，甚至有人设计出了热管式发动机。热管的形状除了圆管外还可以是平板式、分离式等。热管的大小可以从几毫米到几十米不等。
3 热管的应用
（1）空间飞行器的温度控制。热管最早应用于空间飞行器。 大型通讯卫星上利用热管特别优良的热传导性能，将行波管及其它装置上的热量传输到散热面上去。有的卫星使用几十根热管组成的热管系统，使局部器件或整个卫星的温度保持均匀，保证卫星正常工作。
（2）电子、电器设备的冷却。主要应用在大功率晶体管的散热，电子设备密封腔体的冷却，电机主轴的冷却和地下动力电缆的冷却。
（3）新能源的开发利用。太阳能是一种没有污染的清洁能源， 以热管作传热元件的热管式太阳能集热器已经逐渐受到重视。它可用于提供生活用水，作为辅助采暖设备，还有太阳能发电和作为动力设备。
（4）余热回收。将几根或几十根热管并联在一起， 就组成一台热管式换热器，在石油、化工、冶金、轻工等生产过程中，用热管换热器进行各种烟道废气的余热回收。可以提高燃烧效率、降低燃料消耗，其经济效益是非常明显的。
（5）民用热管。利用热管的高效传热特性可制成速冻电冰箱。 用平板型热管作内壁，被冻物品直接放在平板型热管上。这样，除了上部吹入的冷风外，物品底部通过热管导热，冷冻速度大大加快，制冷速度比通常的电冰箱提高一倍。因而对食物细胞的破坏少，食品保鲜程度高。还可利用热管做成热管烤肉针，其外形是一个φ100mm×300mm左右的针状热管，带尖的一端为放热段，刺入牛肉内部；另一端带有翅片为吸热段，将其插入炉内便可把炉内热量传到肉的内部。利用热管烤肉针可以使烤肉时间缩短一倍，而且没有肉汁损失，因而味道鲜美。