热管技术在热能工程中的应用技术初探

赵英杰

摘 要：随着热管在生活中应用中越来越广泛，热管技术也越来越受到人们的重视。热管技术从发展一直到现在，在热管工程中取得了较大的进步并且也与热能工程一起在不断地发展壮大。本文在介绍热管技术基础知识的急促上，对热管技术在热能工程中应用的几个方面进行初步的探索，进一步推进热管技术的发展。

关键词：热管技术；热能工程；应用；探索

1 前言

随着科学技术的日新月异，热能工程也在飞速的发展，但是在热能工程发展的过程中，遇到了一个困难，就是传递热材料的研究和运用。经过研究，我们找到了解决这一问题的方法，那就是热管材料，它可以从横截面积很小的热管中传递大量的热并且不需要动力的援助。近年来，热管以它卓越的导热能力，越来越受到人们的关注。

2 热管的组成成分和基本原理

2.1 热管的组成成分

常用的热管主要包括主体、内部空腔和毛细结构3部分结构。热管是抽成真空的封闭系统，其中主体部分是一段封闭的金属管，由不锈钢、碳钢等金属制成的，内部空腔中存在着少量的气态或者液态以及毛细结构，并且金属管内的空气和杂物不能包括在其中。

2.2 热管的工作原理

通过热管的组成成分我们知道热管的一端是蒸发段，一端是冷凝段，中间是绝热段。当热管的蒸发段受到外部热量时，蒸发段的气压会急速增高，毛细材料中的液体通过蒸发的形式流向冷凝段。冷凝段由于放出热量冷却又使蒸汽凝结成液体，液体随着毛细材料又回到蒸发段。一直进行如此循环，热量就会从这一端传向另一端。那么从热管内部的工作过程来看，它一共分为气化段、运输段、放热凝结段3个结段。在热量传递的过程中，绝热段为热管内的液体提供了流动的渠道，并且也保证了蒸发段与冷凝段的隔绝，保证了热管内的热量不会向外界散发，保证了热量的有效传递。这种原理的热管叫做毛细管式热管。还有一种重力式热管，也是热能工程中应用广泛的一种，它利用凝结段中液体的重力沿内壁向蒸发段流动。

3 热管技术在热能工程的关键技术

热管技術运用在热能中主要有以下几种关键技术。（1）均温技术，主要利用热管的等温特性，保证从一个温度各处不相同的 温度场变为一个温度均匀的温度场。（2）分隔技术，在热传递的过程中，热管将热段和冷段分隔开来，这样在生产项目进行时利用汇源分隔技术起着至关重要的作用。（3）交变热流密度，通过热管可以实现小面积输入热量大面积输出热量，还可以大面积输入热量小面积输出热量，有效的进行单位面积的热量交换。在热能工程项目中有着非常重要的作用。（4）热控制，在热管中使用热阻可以有效的对热管进行热传递控制，从而有效的控制温度。（5）单向导热技术，重力热管可以实现单向导热，此时的热管就是一个单向导热系统的零件。这项技术可以使用在太阳能工程和冻土工程上。（6）高温热管技术，在高温热管中工作液体主要是金属液体，金属液体的优点主要是饱和蒸汽压相对比较低，避免给高温下的热管制造高压。它主要应用在核电站，太阳能电站，高温热风炉等重大高温项目中。综上，我们知道热管技术在热能工程中有着非比寻常的作用。

4 热管技术在热能工程中的应用初探

4.1 热管技术在铁路冻土地基中的应用

在我国北方地区，冬季有一些区域的土壤常年处于冻土状态，但是一到夏天冻土开始从上往下融化，这样会导致一些土壤松懈，从而导致一些列车脱轨，从而引发重大交通事故。但是热管就可以有效的解决这一难题。首先我们应该把低温热管埋在冻土层，当冻土的温度高于空气温度时，热管中的液体吸收冻土中的热蒸发，在压力差的作用下，流入热管的上部，并释放出热量流回到蒸发段，依次循环，把冻土中的热输送到大气中。当空气的温度高于冻土的温度时，由于外部温度高，液体将不再在冷凝段中冷凝，此时液体将会达到气相和液相的平衡，热管就会停止工作，空气中热量将不会传递到冻土中了。冻土将会保持上面温度高下面温度低的状态，就不会出现土壤松懈的状态。

4.2 热管技术在航空航天上的应用

在航空航天工程中都面对着一个共同的难题，那就是航天器在天空中面对太阳时，一面温度极高，一面温度又极低，导致两端有着极大的温差，这种情况下，热管技术可以迅速的解决这一难题。我们首先将热管安装到航天器中，面对太阳的一侧是蒸发段，另一侧是冷凝段。当蒸发段吸收了大量的热量时，热管的液体就会将热量传递到冷凝段，并放出大量的热后回到液体流回蒸发段，循环作用，从而保证了飞行器的两侧受热均匀，避免飞机由于温差过大而产生事故。

4.3 热管技术在纺织行业回收余热的应用

在纺织行业中余热回收是一件至关重要的技术，热管是一个回收余热的好方案。在这个过程中，热管将废气中的热能回收然后重新输送到烘箱中。我们将热管安装在废气排出口，这样我们可以在废气一排出时就把大量的热量就行回收，从而避免不必要的浪费。在工作过程中，废气排出时热管的蒸发段将会吸收大量的热量，通过液体传递到冷凝段，冷凝段把热量放给烘箱散热器附近，这样就完成了热量的回收。冷凝段的气体变为液体又回到蒸发段，从而不间断的回收余热。这种高效的回收状态，是我们的热量得到了充分的利用。

5 总结与展望

热管技术在我们的热能工程中的各个方面，并且帮助我们解决了许多技术上难题，但是我们还需要开发更多的应用面，从而使我们热管技术的运用更加广泛。并且随着人们生活活动的广泛，我们地球的很对资源几乎快耗尽。我们需要热管这一技术来帮助我们节约资源，从而减轻我们的能源危机。但是热管的发展还是有些缓慢和局限，我们需要投入更多的人力和物力去做进一步的研究，攻克技术上的一些难题，使热管能给我们的工业和生活带来更多的便利。

参考文献

[1]郭炯强，任俊海.浅议热管技术及其在热能工程中的应用[J].中国机械，2013，（17）：98.

[2]杨爱贤.浅谈热管技术在热能工程中的应用[J].城市建设理论研究：电子版，2015，（22）：124.