动力型分离式热管换热器冷凝换热研究

朱晨，董佳榕，任昊

(沈阳建筑大学 辽宁 沈阳 100168)

1 热管技术

1.1 热管的工作原理和结构

在众多的传热元件中，热管作为最有效的传热元件之一被人们所知，它可在无外加动力的情况下将大量热量通过其很小的截面积远距离地传输。热管，又称为“封闭的两相传热系统”，它是在一个封闭体系内，依靠流体的相态变化传递热量的装置。

热管的结构如图所示。热管的结构按轴向可分为3个区域：蒸发段、绝热段和冷凝段。典型热管由管壳、吸液芯和端盖组成。

在热管的一端加热，蒸发段的工质从热源处吸热蒸发，吸收汽化潜热，由液体变为蒸汽，在压差的作用下，流动到凝结段，再由气体凝结成液体，放出热量，通过管壁传给外面的冷源，液体依靠毛细力或重力又流回蒸发段，重新开始新一轮的循环，热管通过管内工质的连续相变，使热量连续转移，完成换热。

1.2 热管的传热极限

(1)黏性极限：当蒸汽由蒸发段流向冷凝段时，由于有黏性力的作用，导致热管冷凝段末端的蒸汽压力降为零，使热管不能顺利传热，此时对应的传热量称为黏性极限；

(2)声速极限：当传热量增大时，管内蒸汽流速也随之增大，当蒸发段出口处的蒸汽速度达到当地声速或超声速时，管内会出现阻塞现象，这时所对应的传热量称为声速极限；

(3)携带极限：由于热管内蒸汽的流动方向与回流液体方向不相同，当蒸汽流动速度足够高时，由于两者之间存在剪切力，在蒸汽流动时会将部分回流液体携带至凝结段，使冷凝回流液减少，当携带量到一定程度时，热管将无法正常工作，此时对应的传热量称为携带极限；……