热管与物质相变.doc

物质相变 相变：物质从一种相转变为另一种相的过程。相变是物质系统不同相之间的相互转变。固、液、气三相之间转变时，常伴有吸热或放热以及体积突变。单位质量物质在等温等压条件下，从一相转变为另一相时吸收或放出的热量称为相变潜热。通常把伴有相变潜热和体积突变的相变称为第一类（或一级）相变。不伴有相变潜热和体积突变的相变称为第二类（或二级）相变。例如在居里温度下铁磁体与顺磁体之间的转变；无外磁场时超导物质在正常导电态与超导态之间的转变；正常液氦与超流动性液氦之间的转变等。因此，热管分作：相变热管和非相变热管 相变热管的发明者首先发现了将水注入封闭的“真空腔”中，或者将装有水的容器抽成“真空”后，其导热，特别是其低温（接近于室温）的导热特性便奇迹般地便得极佳。其热阻变得很小，其导热速度与所有金属和物质相比变得极快，其导热距离在理论上几乎被“无限”延长。因此，许多人认为，相变热管解决了导热难题。相变热管中，工质的热膨胀并汽化运动过程，因为工质从热获得足够的动力而能在“真空”的腔体中畅通无阻地向冷凝端运动。而当工质冷凝成液体后，其就失去了动力，不仅如此，因为液态物质相互引力作用和液态物质与管壁物质的相互引力作用。液态物质还产生了比气态物质更大的运动阻力，因此造成了回流迟缓。后来，人们发现液体的毛细运动现象能够形成液态物质从冷凝端回流的动力，可以加速和加大液态工质的回流量。于是就在封闭管腔内壁增加了毛细结构的管芯。从而在很大程度上改善了工质的回流，在一定程度上保证了热循环的平衡。然而，在低温下导热循环良好的热管，随着温度或导热密度的增加却越来越差，甚至不能导热了，主要原因还是回流不足。于是，一方面不断地试着增加工质量，期望能通过保持蒸发端液池中的液量，以弥补回流迟缓之不足。然而，液量的增加虽然一定程度上解决了回流问题，但随着液量的增加，热管的导热特性也发生了改变，首先是热管的启动温度提高了，热管的导热反应速度变慢了，低温段导热特性变差了。同时，无论液量如何增加，只要封闭系统中存在不同密度空间，工质就会出现不同的导热状态。就会出现导热密度差异。局部热崩溃就必然发生。同时，工质量的增加还加大了导热管压，从而造成更麻烦的使用安全问题。另一方面，进一步从毛细回流结构上下功夫，从管芯一直研究改进到烧结结构。然而，干涸现象还是形影相随，挥之不去。因为，毛细结构导流越好，导热也越好。于是随着温度的增加，从毛细结构回流的液态工质就越不容易回流到热管的蒸发端（特别是端部或高温部），与管壁结合得更紧密的烧结结构更是如此。所以，毛细结构只能在低水平上解决循环不足问题。 至此，人们终于感到挠头了。相变热管难以克服的结症赤裸裸地摆在了大家的面前。相变热管的优点也同时变成了相变热管的弱点。Nod 于是，专家们开始向相变导热以外的形态动脑筋了。类相变的脉冲热管，非相变的毛细驱动导热体系等等应运而生。但，其都已热均衡性和导热速度和距离以及应用形态局限等等方面的缺陷与不足而踌躇不前。核心问题：YR 1，工质载热运动，并对流循环，是相变热管的优势也是相变热管的局限或劣势。C6& 2，工质量是相变热管的可调变数，也是相变热管的不可调的局限因素。3，毛细结构是相变热管工质回流的关键结构，同时其也是造成工质无法回流的关键性结构。4，真空相变增大了工质的运动速度和载热量，但也加剧了工质对流循环的不平衡状态。其加快了工质的蒸发速度，但也加剧了工质的干涸状态。热管，按较精确的定义，称之为“封闭两相传热系统”，即在一个封闭体系内，依*流体的相态变化（液相变为汽相和汽相变为液相）来传递热量的装置。热管的这种传热原理，首先于1944年由美国人高格勒（RSGaugler）所发现，并以“热传递装置”（Heat Transter Device）为名取得专利，当时因未显示出实用意义，而没有受到应有的重视。直到六十年代初期，由于宇航事业的发展，要求为宇航飞行器提供高效传热元件，促使美国洛斯-阿拉莫斯科学实验室的格罗弗（GMGrover）于1964年在独立工作的基础上，再次发现这种传热装置的原理，并命名为热管（Heat Pipe），首先成功地应用于宇航技术，之后引起了各国学者的极大兴趣和重视。热管的结构：一个圆筒状的容器，内部衬以多孔的材料，将容器内部抽成某种程度的真空，然后注入一定量的液体（工质）并将容器密封起来。热管的结构按轴向来分，分为三个区域：加热段（蒸发段），绝热段和冷却段（凝结段）；从热管的横断面来分，也可分为三个部分：壳体，吸液芯，（被工质所充满）和中间的蒸汽流道。热管的壳体一般为圆筒状容器，也可根据需要做成其他形状：如平板状、环状、等等，紧贴内壁的多孔物质叫吸液芯，吸液芯的主要作用是产生毛细管力将凝液从凝结段回到蒸发段，正如一个煤油灯的灯芯可以将煤油从底部提升上来一样。利用毛细管力来回流液体是一支标准热管的主要特征，也就是说，一支标准的热管是具有某种芯结构的热管。吸液芯的结构型式很多，主要有如下几类：一类是均匀芯，如在内壁附以很细的金属丝网或烧结上一层多孔材料；第二类是槽道芯，即在管子内表面上加工上很细的轴向槽道或螺纹槽道；第三类是复合芯，即在槽道芯的外面加上丝网芯；第四类是干道芯，即在热管内部再放一支细管，专门用来回流液体。如果将一支热管与外形尺寸完全相同的一支铜棒进行比较，将它们的一端同时插入热源中，当二