1、熱管在熱能工程中的關(guān)鍵技術(shù)

1.1均溫技術(shù)

主要是利用熱管的等溫性，將一個溫度各處不相等的溫度場變?yōu)橐粋€溫度各處都均勻的溫度場。

1.2匯源分隔技術(shù)

通過使用熱管將熱源和冷源完全分隔開，從而完成熱交換，并且分割距離的長短可以根據(jù)現(xiàn)場需要以及熱管的性能進(jìn)行決定，短則幾十厘米，長則100m不等。在進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的項目中利用匯源分割技術(shù)意義非凡。

1.3交變熱流密度

通過使用熱管既可以實現(xiàn)在小面積輸入熱量，大面積輸出熱量，還可以實現(xiàn)大面積內(nèi)輸入熱量，小面積輸出熱量。這樣能夠有效進(jìn)行單位加熱傳熱面積與單位冷卻傳熱面積進(jìn)行熱流量的變換。交變熱流密度在工程項目中有著非常重要的用途，如通過控制管壁溫度預(yù)防露點腐蝕。

1.4熱控制技術(shù)

通過使用熱阻能夠變化的可變導(dǎo)熱管進(jìn)行傳熱控制，這樣可以有效控制溫度。通常情況下，利用熱控制技術(shù)可以有效控制熱源與冷源的溫度。

1.5單向?qū)峒夹g(shù)

在重力熱管的理論下，可以實現(xiàn)熱管的單向?qū)?，此時的熱管就是一個單項導(dǎo)熱的零部件。單項導(dǎo)熱技術(shù)通?？梢允褂迷谔柲芄こ毯蛢鐾劣纼龉こ痰裙こ添椖可?。

1.6旋流傳熱技術(shù)

通過轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力可以實現(xiàn)熱管內(nèi)的工作液體從冷凝段回流到蒸發(fā)段，或者依靠工作液體的位差實現(xiàn)回流。通常情況下，旋轉(zhuǎn)傳熱技術(shù)可以用在高速鉆頭、電機(jī)軸等高速回轉(zhuǎn)軸件等工程項目上。

1.7微型熱管技術(shù)

微型熱管與普通熱管最大的不同在于微型熱管的毛細(xì)力是存在于蒸汽通道旁邊液縫彎月面供給的，而不是吸液芯產(chǎn)生的。微型熱管技術(shù)通常在半導(dǎo)體芯片、手提電腦的CPU散熱、集成電路等工程項目。

1.8高溫?zé)峁芗夹g(shù)

高溫?zé)峁軆?nèi)部的工作液體主要是液態(tài)金屬，在工作狀態(tài)下，金屬造成的飽和蒸汽壓相對較低，從而不會給高溫下的熱管制造高壓。高溫?zé)峁芡ǔ?yīng)用在核工程、高溫?zé)犸L(fēng)爐、赤熱體取熱、太陽能電站等工程項目。

2、熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

2.1熱管技術(shù)在航空航天上的應(yīng)用

在航空航天工業(yè)中，各類航天器都面臨著一個共同的難題，那就是航天器正對著太陽的部位溫度特別高，而背對太陽的一側(cè)溫度又特別低，由于無法通過空氣的對流完成氣溫的調(diào)節(jié)，因此這就導(dǎo)致兩部分的溫差高達(dá)300多攝氏度。在這樣的情況下，利用熱管技術(shù)可以快速實現(xiàn)兩部分溫差的平衡。將熱管安裝到航天器中，面對太陽的一側(cè)是蒸發(fā)段一側(cè)，背對太陽的一側(cè)是凝結(jié)段一側(cè)。熱管的蒸發(fā)段在面對太陽的一側(cè)吸收了大量熱量，其內(nèi)部的工作介質(zhì)蒸發(fā)后將熱量傳遞到冷凝段，并在冷凝段釋放熱量再次形成液態(tài)工作介質(zhì)流回蒸發(fā)段，然后再次進(jìn)行循環(huán)。這樣往復(fù)不停的循環(huán)就可以實現(xiàn)航天器兩側(cè)溫度的平衡，從而避免因溫差過大導(dǎo)致內(nèi)部系統(tǒng)故障。

2.2熱管技術(shù)在鐵路凍土路基上的應(yīng)用

在我國北方的某些地區(qū)，土壤常年處于凍土狀態(tài)，每到初夏，溫度升高，凍土層自下而上融化，這樣就會形成翻涌導(dǎo)致鐵路路基松懈，從而引發(fā)列車脫軌等嚴(yán)重交通事故。在這種情況下，使用低溫?zé)峁芫涂梢杂行Ы鉀Q這個難題。在使用低溫?zé)峁艿倪^程中，首先要將低溫?zé)峁苈襁M(jìn)凍土層。在寒冷的季節(jié)里，凍土的溫度遠(yuǎn)高于空氣的溫度，此時熱管內(nèi)的液氨工質(zhì)因吸收了凍土中的熱而蒸發(fā)，氨蒸汽在壓力差的作用下，不斷流到管腔的上部，并在上部釋放出汽化潛熱，然后冷凝成液體后流回蒸發(fā)段，然后再在蒸發(fā)段蒸發(fā)成氣體再次進(jìn)行循環(huán)，這樣，通過低溫?zé)峁芫涂梢詫鐾林械臒彷斔偷酱髿庵?。在溫暖的季?jié)，空氣的溫度遠(yuǎn)高于凍土的溫度，此時液氨蒸汽到達(dá)冷凝段后，由于外部溫度較高，氨蒸汽不再冷凝，此時便會達(dá)到汽相和液相之間的平衡，液氨便不再蒸發(fā)，熱管也就停止了工作，空氣中的熱量也不能傳遞到凍土之中。這樣一來，凍土的溫度一直保持著上面溫度高，下面溫度低的狀態(tài)，從而有效避免了翻涌現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3熱管技術(shù)在防控煤矸石山自燃中的應(yīng)用

煤矸石是煤礦開采過程中產(chǎn)生的固體廢棄物，堆積而成形成了煤矸石山。露天堆放的煤矸石山時常發(fā)生自燃，造成資源浪費，環(huán)境污染。據(jù)統(tǒng)計，自建國以來長期積存的煤矸石總量達(dá)50億噸以上，占地1.33萬多公頃，具有自燃危險的大型煤矸石山約有300余座。而且隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和對煤炭資源的需求，煤矸石堆存量不斷增加，煤矸石山自燃發(fā)生頻率較高。目前防控煤矸石山自燃的火區(qū)降溫常規(guī)方法有灌漿黃土覆蓋法，惰氣熄滅法和覆蓋粉煤灰法等。傳統(tǒng)滅火方法存在以下問題：灌漿黃土覆蓋法能夠切斷通往煤矸石山內(nèi)部的空氣通道，主要從“隔氧”的角度來控制煤矸石山自燃。但由于煤矸石山內(nèi)部積聚的熱量無法及時散出，隨著時間推移多會發(fā)生復(fù)燃。而且覆蓋黃土和灌漿資金使用量和操作難度都比較大，投入的人力、物力和財力成本較高；惰氣熄滅法可有效地降低煤矸石山內(nèi)部氧氣濃度，但氮氣易擴(kuò)散，容易漏風(fēng)流出，影響降氧效果，而且注入的氮氣溫度較高，對溫度較高的煤矸石山內(nèi)部降溫效果較差；覆蓋粉煤灰可以對煤矸石自然氧化起到阻化作用，利用粉煤灰流動性防止空氣進(jìn)入，但是粉煤灰易產(chǎn)生揚塵，污染大氣。近年來，隨著科技發(fā)展和技術(shù)手段的不斷豐富，熱管技術(shù)得到很大提升。熱管是一種高效換熱元件，具有很好的導(dǎo)熱性，優(yōu)良的等溫性，能夠有效避免傳統(tǒng)煤矸山自燃防治方法存在的易復(fù)燃等問題?？梢杂行Х乐姑喉肥阶匀迹纳泼旱V區(qū)環(huán)境質(zhì)量。

2.4熱管技術(shù)在煉焦?fàn)t余熱回收工程中的應(yīng)用

通常情況下，煉焦?fàn)t排放出來的煙氣溫度較高，如果不能進(jìn)行回收利用，將會造成極大的浪費。將熱管安裝到煉焦?fàn)t的煙囪內(nèi)便可以有效吸收大量余熱。首先，熱管內(nèi)的工作介質(zhì)吸收煙囪內(nèi)的熱量后蒸發(fā)成氣體后進(jìn)入凝結(jié)段，在凝結(jié)段內(nèi)完成熱量釋放后再次形成液態(tài)工作介質(zhì)流回蒸發(fā)段，然后再次進(jìn)行循環(huán)。通過凝結(jié)段釋放出來的熱量可以加熱除鹽水，由于熱管傳遞的熱量相當(dāng)多，因此，除鹽水被加熱后可以產(chǎn)生大量的汽水混合物，汽水混合物在上升管集箱內(nèi)進(jìn)行匯合，然后進(jìn)入汽包并在汽包內(nèi)完成汽水分離，然后飽和蒸汽流進(jìn)主蒸汽管道，飽和水沿下降管流進(jìn)下降管集箱，并最終進(jìn)入熱管內(nèi)的凝結(jié)段，再次進(jìn)行循環(huán)。

2.5熱管技術(shù)在紡織行業(yè)余熱回收工程中的應(yīng)用

通常情況下，熱管技術(shù)在紡織行業(yè)進(jìn)行余熱回收時主要進(jìn)行定型機(jī)的廢氣余熱的回收。在這個過程中，熱管將定型機(jī)內(nèi)排出的廢氣中進(jìn)行熱能回收，然后再將回收的熱能重新輸送到定型機(jī)烘箱內(nèi)。熱管主要安裝在廢氣排放口處，這樣當(dāng)含有大量熱的廢氣一排出就可以進(jìn)行余熱回收，這樣可以達(dá)到回收熱能的最佳效果。在工作過程中，鮮風(fēng)在定型機(jī)內(nèi)負(fù)壓的作用下流入熱管的蒸發(fā)段，在蒸發(fā)段吸收大量的熱量后被傳遞到高效傳熱熱管的新風(fēng)端，然后吸收了大量熱量的新風(fēng)就可以流到定型機(jī)烘箱散熱器附近，這樣就完成了余熱的回收。

2.6熱管換熱器在火電廠鍋爐上的應(yīng)用

熱管式換熱器基本結(jié)構(gòu)如下：它有很多的排成管束的熱管組成，中間有一隔板，煙氣和空氣分別在熱管外部兩側(cè)流過；熱量主要通過熱管內(nèi)部的蒸發(fā)--冷凝來傳熱。這種換熱器的主要特點：

1）它是個典型的逆流換熱，又因熱管本身接近于等溫工作，這就使熱管換熱器具有較高的換熱效率；

2）冷、熱流體用隔板嚴(yán)密隔開，可以消除兩種流體互相泄漏的現(xiàn)象。即使熱管有一端破裂，也不會使冷熱流體相互串通；

3）每根熱管都是獨立的，并可拆卸，易于檢修和更換。

熱管換熱器應(yīng)用火電廠鍋爐空氣預(yù)熱器，有利于解決以往空氣預(yù)熱器的磨損、腐蝕、堵灰、漏風(fēng)等難題。這是因為：

1）熱管在煙氣側(cè)的管壁溫度是均勻的?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)熱管的冷熱段大小來調(diào)節(jié)管壁溫度，使之高于煙氣的酸露點和水蒸氣露點，避免腐蝕的發(fā)生；

2）如果管壁溫度高于酸露點和水蒸氣露點，則附著于管外表面的煙氣呈干燥而疏松狀態(tài)。設(shè)計一定的煙速可使煙氣有自吹灰作用，避免了灰的堆積和堵塞；

3）熱管式空氣預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)本身保證了漏風(fēng)系數(shù)為零。即使個別熱管被腐蝕或磨穿，由于熱管兩端密封，也不可能產(chǎn)生漏風(fēng)；

4）熱管式空氣預(yù)熱器可以減小磨損。目前熱管空氣預(yù)熱器在大型機(jī)組上成功的應(yīng)用已證明了它是一個非常理想的換熱裝置。

3、結(jié)語

隨著人類對資源的開發(fā)和利用，傳統(tǒng)能源逐漸減少，將熱管技術(shù)應(yīng)用于熱能工程，不但可以實現(xiàn)熱能的有效流動，而且還可以節(jié)約大量的能量，從而實現(xiàn)節(jié)約能源的目的。盡管這樣，大力推行熱管技術(shù)還存在著技術(shù)上的難題，這就需要科研人員繼續(xù)加大科學(xué)研究的力度，解決熱管技術(shù)的難題，不斷推動熱管技術(shù)的快速發(fā)展。