热管技术的应用与现状
傅涛，周涛，张记刚，张明
华北电力大学核科学与工程学院，北京（102206）
E-mail ：ft198@https://www.doczj.com/doc/b012916774.html,
摘 要: 本文介绍了目前热管技术的应用现状,主要论述了热管的结构、工作原理、特点和种类,同时讨论了其应用情况和我国热管目前存在的问题。由于热管具有传热系数高、优良的等温性能、环境适应力强、结构简单和运行维修费用低等优点,因此其在各个领域应用极其广泛,在降低了企业的能耗同时,也保护了环境,取得了良好的经济效益和社会效益。 关键词: 热管；应用；现状
中图分类号：TB4
1. 引言
1963年，George M. Grover 第一个发明并且制造出了热管。不过，通用汽车早在1935年就申请了类似元件的专利。直到20世纪60年代，热管才受到人们的重视。逐渐的，作为一种提高传热效率的元件，热管受到了众多国家实验室和商业实验室的重视，而不再仅仅是实验室的试验品。令人吃惊的是，第一个将热管作为传热元件而加以接受和运用的主要客户竟然是政府。因为，热管的第一个商业用途是用于卫星上的系统。由于热管较高的成本和较小的需求，使得热管进入商业领域的进程非常缓慢。在当时，大部分的电子元件散热问题，用简单的金属散热块就可以解决。高端的军用设备是个例外，因为这样的设备需要热管的高性能，而且可以承受较高的成本。20世纪80年代，作为高端电子产品的散热设备，热管逐渐被市场所接受。随着热管的普及，增长的需求降低了热管的制造成本。降低后的成本使得散热设计者们可以将热管应用于更多的产品。在20世纪90年代初，热管开始被用于大量的家用电器。今天，热管已经被运用于数千种电器产品之中[1]-[4]。
2. 热管简介
2.1 热管结构
热管通常是一个封闭的高真空金属管,管内有一定数量的蒸汽工质,管内壁覆盖有多孔材料构成的管芯(毛细吸液芯) 其中吸满液态工质,管芯的作用是回送冷凝液,管外壁根据传热需要可设置不同形式的翅片，常用的热管管壳截面为圆形。重力热管内部没有毛细吸液芯,但必须将冷凝段置于蒸发段的上部,冷凝工质靠重力流回蒸发段。热管沿轴向可分为蒸发段、绝热段、和冷凝段三部分[5]-[6]。
2.2 热管工作原理
热管的基本工作原理如图1所示。管内为0.13～1.3 ×10-3Pa 的负压，液态工质吸热后很容易汽化成蒸汽。当蒸发段受热时,管芯中的工作介质液体蒸发汽化,蒸发段蒸汽压力为1p , 冷凝段蒸汽压力为2p , 在压差Δv p 的作用下蒸发段流到冷凝段,并在那里凝结下来,放出汽化潜热,通过管壁传出热量。冷凝液体再沿管芯多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已,热量从热管的一端传至另一端[7]-[9]。
图1 热管工作原理示意图
热管在实现这一热量转移的过程中,包含了以下6 个相互关联的主要过程[10]-[11]:
(1) 热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的管芯传递到液-汽分界面;
(2) 液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发;
(3) 蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;
(4) 蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上凝结;
(5) 热量从汽-液分界面通过管芯、液体和管壁传给冷源;
(6) 冷凝后的工作介质液体在管芯内由于毛细作用回到蒸发段。
在热管的正常工作状态下,冷凝液的回流是依靠管芯多孔材料的毛细力来完成,称为毛细压头Δc p ,是热管内部工作介质液体循环的推动力,用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降Δv p 。冷凝液从冷凝段流回蒸发段的压力降Δ1p 和重力场对液体流动引起的压力防Δg p (Δg p 可以是正值、负值或为零,视热管在重力场中的位置而定)。因此热管正常工作的必要条件是[12]-[14]:
≥Δpc g V p p p Δ±Δ+Δ1
如果把绝热段很好地与外界隔热,同时忽略管壁的影响,即蒸汽从蒸发段得到的热量将全部传给冷凝段,传热量为Q 。
λv Q m =
式中 Q ———传热量
v m ———蒸汽的质量流量
λ———工作介质的汽化潜热
由于同种物质的潜热远远大于显热,如水,饱和温度T = 100 ℃时,汽化潜热λ= 2 251. 5 kJ /kg ,而比热容p C = 4. 216 kJ / (kg·K) ，p C >>λ，所以热管为高效传热元件。
2.3 热管特点
热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性[15]-[16]：
(1)很高的导热性。热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向并无太大的改善(径向热管除外)。
(2)优良的等温性。热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。
(3)热流密度可变性。热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。
(4)热流方向的可逆性。一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。
(5)热二极管与热开关性能。热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。
(6)恒温特性(可控热管)。普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管备部分的温度亦随之变化。但人们发展了另一种热管——可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。
(7)环境的适应性。热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。
（8) 热管的结构简单、重量轻、体积小、维修方便。
2.4 热管种类
由于热管的用途、种类和型式较多，再中上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的分类方法有以下几种[17]-[19]:
1.按照热管管内的工作温度区分，热管可分为低温热管（-273℃～0℃）、常温热管（0℃～250℃）、中温热管（250℃～450℃）、高温热管（450℃～1000℃）等。
2.按照工作液体回流动力区分，热管可分为有芯热管、两相闭式热虹吸管（又称重力热管）、策略辅助热管、旋转热管、电流体动热热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。
3.按管壳与工作液体的组合方式划分（这是一种习惯的划分方法）可分为铜-水热管、碳钢-水热管、铜钢复合-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管等等。
4.按结构形式区分，可分为普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等等。
5.按热管的功用划分，可分为传输热量的热管、热二极管、热开关管、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。
3. 热管的应用
由于热管技术的优点,使其在各个领域不断扩大使用范围,这里浅谈在实践中[20]-[21]。
3.1 采暖领域
环保型、铝合金热管电暖器,其特点是“超快热、能节电、价格低、外观美”,5min 达到50℃
以上,节电达20～30%。环保型、铝合金重力热管式散热器特点是使普通铝合金材料制造的散热器在无防腐条件下耐腐蚀、寿命长、用水少、价格低。
3.2 液化气残液领域
环保型热管残液汽化器,可以使不能使用的残液变废为宝,即避免了对环境的污染、又能为用户产生很大的经济效益,与同类产品比较有“预热时间短、节电幅度大、体积重量小、加格低一半”的特点。
3.3 电力工业领域
(1) 电机内部热管散热技术，可以使电机转子内部的热量迅速传到外边,解决了电机的超载发热、延长寿命问题。
(2) 电力变压器内部热管散热技术,可以使变压器铁芯内部的热量迅速传到散热油中,极大的提高了变压器的效率和功率并延长寿命,具有结构简单、成本低廉、工作可靠的特点。
3.4 粮食储藏领域
利用热管技术可以迅速的将大量堆放中产生的热量排到外部,降低内部温度,延长粮食储藏时间、改善储藏品质,该技术结构简单、加工容易、成本低廉、易于推广、经济效益好。
3.5 工业及采暖锅炉领域
利用环保热管技术可以使普通锅炉热效率提高12倍,能在不改动原有结构,仅在排烟管上加装“环保热管”余热利用系统,就能极大的提高能源利用效率,大量节省能源且安全又环保。
3.6 地热利用领域
怎样将地热能引到地面使之不结垢,一直是个难题,传统的方法是打井、下双管,一进水、一出水,水垢问题一直是困扰正常工作的难题,如果采用“环保热管技术”可以将热管直接插入地下,仅一个井孔、一根热管即可,通过热管的超导热作用,可将地热能,源源不断的引到地上,虽然也有水垢但是不用再到地下换管了,从而提高了效率。
3.7 电子、电气领域
(1) 电子产品均有很多散热器,如电脑的cpu芯片、显卡、电源都需要散热器,这部分若采用“环保型热管”来制作散热器,就可以去掉风扇免除由其产生的噪音和电磁干扰,作成外壳就是全封闭防尘散热外壳。
(2) 电子、电气的功率器件均有各种不同的散热器,其性能的好坏直接影响到产品性能,采用“环保型热管”技术制造均能极大的改善性能。
4. 我国热管现存的问题
我国热管研究开始于1970年左右, 1972年第一根钠热管运行成功, 以后相继研制成功氨、水、钠、汞、连苯等各种介质的热管, 并在应用上取得了一定的进展。1980年国内第一台实验性热管换热器运转成功, 各地相继出现各种不同类型的、不同温度范围的气—气热管换热器及气—液换热器, 在工业余热回收方面发挥了良好的作用,并积累了一定的使用经验。尽管如此,同国外热管的发展水平相比,我国热管研究还存在一些迫切需要解决的问题:
(1) 价格偏高。
(2) 工业使用的时间还不够长, 应用面也不够广。尽管热管换热器在国内使用的最长时间已超过7年, 但为数不多, 一些问题还未充分暴露。已经发现了灰堵、露点腐蚀等问题, 还需进一步寻求有效的解决办法。
(3) 实际应用的热管技术含量低, 真正在实验室研究的成果到实际应用需要很长一段时间。
(4) 对中温热管研究比较多, 对高温和低温热管的研究相对较少。
(5) 在基础领域的研究工作开展较少, 这在很大程度上制约了我国热管水平的飞速发展[22]。
5. 结束语
从总体而言,热管技术的理论与实验仍在深化,众多领域的应用仍在扩展,不同功能的各型热管的出现使热管技术的应用日趋向纵深方向发展。当今世界受到普遍关注的节能迫切需求,使热管技术倍受青睐,从而更加促进了相关技术的发展。此外,同国外热管的发展水平相比,我国的热管研究还有较大差距,这就为相关科研院所、企业提出了开拓新思路,加强国际交流,加强基础研究,学习和引进国外的先进技术和经验,不断开发新型热管技术和新的应用领域,使热管技术在我国的各项事业的建设中发挥更大作用[23]。
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Application and Present Situation of Heap Pipe Technology Fu Tao, Zhou Tao, Zhang Jigang, Zhang Ming
North China Electric Power UniversityZhuxinzhuang, Dewai Beijing, 102206
Abstract
This article introduces the Present Situation of the heat pipe technology. This article mainly describes the structure、 working principles、characteristics and types of the heat pipe, and discusses the application situation and the problem of the heat pipe in our country. Because heat pipe has high heat transfer coefficient, excellent isothermal performance、strong environment adaptability、simple structure and low maintenance costs, it is used extremely widespread in various fields. While heat pipe reduces the energy consumption of enterprises, it also protects the environment and obtains good economic and social benefits.
Keyword: heat pipe; application; present situation
作者简介:傅涛（1986.12）：男，在读硕士研究生，主要研究方向为核反应堆热工水力安全。
热管技术综述 热管作为一种具有高换热率、结构简单、工作可靠、良好的等温性等优良性能的换热元件，在生产生活中有着广泛的应用，本文就热管的基本工作原理与形式、几种具体热管的研究现状、热管的应用几方面进行综述。 普通的热管通常由蒸发段和冷凝段组成，中间根据需要可布置绝热段。制造时先将内部抽成负压，再填装工质；工作时，工质从热源吸热蒸发，在小压差作用下流向冷凝段，在冷凝段放热冷凝，凝结液通过壁面金属网或多孔材料（吸液芯）的毛细力作用流回蒸发段，如此循环往复，实现热量由热源向冷源的传递。 在上述基本工作原理下，实际使用中的热管根据环境与用途可能又会有差异。在不同的温度下，热管的工质是不同的，选用工质时需要考虑在工作温度区间内工质要有良好的热性能、与热管材料有较好的兼容性等；在低温下（4~200K），通常会选用氦、氖、氮、氧、甲烷等工质，在中温下（200~700K，这是使用很广泛的温度区间），水具有良好热性能，氨由于与铝、钢等工程材料有更好地相容性也是很好的选择；在高温时（大于700K），通常会采用液态金属，如银、铯、钾、纳、锂等。在液体回流方式上，除了上述的靠毛细力回流外，在某些场合可将热管倾斜或垂直放置使用，这就是重力热管，此时不再需要吸液芯，结构简化，生产方便成本低；另外还有使用磁流体工质、提供旋转离心力、利用渗透力等其他回流方式的热管。实际使用中，根据使用环境的不同，可将热管做成各种形式，如圆柱形、环形、星形等。作为上述使用相变换热原理的热管的延伸，还有使用化学反应的焓变来代替相变的焓变的化学热管，其基本原理是通过可逆反应（又叫蓄热反应）在冷热源处的不同方向的反应热效应相反来实现热量的传递，可以想见，这类热管的重要课题是寻找可逆性好、正反反应速度都很大的蓄热反应。 热管具有众多优点：由于热管通过相变换热同时内部热阻小，其传热系数很大；由于工质蒸汽的饱和蒸汽压决定温度，它的等温性很好；由于内部压力小，蒸发段受热后蒸汽以近似音速前进，故响应特性好；同时机构简单，体积小、重量轻，维修方便；没有运动件，工作可靠；可工作在失重状态，从而可用于空间器件。上述优良性能使热管获得了广泛的应用。 热管有各种各样的种类，一些新型的热管如平板热管、环路热管、脉动热管等。 平板热管是由两块平行的板壳和吸液芯组成，通道截面为扁平的矩形。目前，出现了由多个微型热管平行排列组成的新型平板热管，它的两块平行紫铜板中间采用焊接的方式固定若干互相平行的细铜丝，其中每相邻两根铜丝和上下两块紫铜板之间围成一个通道，通道截面由两条半圆曲线和两条平行直线构成。平板热管具有质量轻、良好的启动性和均温性的优势，用热管基板代替金属基板能大大强化基板的热扩散，为与电子元件一体化封装提供了条件，因此平板热管成为目前电子元件散热方面的研究热点，在国外已经得到应用，然而在国内还没有很好实现产业化，主要原因是：虽然目前关于平板热管的研究较多，但平板热管的内部结构优化缺乏完善的理论模型指导设计；已有学者通过建立复杂的三维模型来分析平板热管，但研究还不够深入，尚待加强；加工制造上，对于提高平板热管的尺寸精度、毛细结构的附着等仍存在许多问题，必须改进加工技术与封装工艺。这些都当成为平板热管进一步开发研究实现产业化的努力方向。 环路热管是一种新型热控技术，正逐渐应用于空间飞行器的热控制，成为高功率航天器热控制的有效控制手段之一，同时也是各国航天部门研究的重要内容。
热管技术及其工程应用(2) 晨怡热管2007-6-9 22:07:05 第二章热管及其特性 热管：是一种传热性极好的人工构件，常用的热管由三部分组成：主体为一根封闭的金属管（管壳），内部空腔内有少量工作介质（工作液）和毛细结构（管芯），管内的空气及其他杂物必须排除在外。热管工作时利用了三种物理学原理： ⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使液体流动。 从传热状况看，热管沿轴向可分为蒸发段，绝热段和冷凝段三部分。 一.热管的组成 图2.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液 国外资料: (From https://www.doczj.com/doc/b012916774.html,) A traditional heat pipe is a hollow cylinder filled with a vaporizable liquid. A. Heat is absorbed in the evaporating section. B. Fluid boils to vapor phase. C. Heat is released from the upper part of cylinder to the environment; vapor condenses to liquid phase. D. Liquid returns by gravity to the lower part of cylinder (evaporating section).
(Heat Pipes for Dehumidification(除湿气) 热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制造。在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与管壳不发生化学反应，不产生气体。 管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。 热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构，通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶瓷或烧结金属构成。如右图所示为几种不同的管芯的结果示意图
热喷涂材料：现状与未来 北京矿冶研究总院贾永昌 热喷涂材料是热喷涂技术的重要组成部分。它与热喷涂工艺及热喷涂设备共同构成热喷涂技术的主体。整个热喷涂技术的发展，实际上受设备与材料的进展而被推动与牵引的。 一、历史的回顾 迄今，热喷涂材料的发展大体跨分三个阶段。第一阶段是以金属和合金为主要成份的粉末和线材，主要包括铝、锌、铜、镍、钻和铁等金属及它们的合金。这些材料制成粉末，是通过破碎及混合等初级制粉方法生产的，而线材则是用拉拔工艺制作出一定线径的金属丝或合金丝。这些材料主要供火焰粉喷、线喷及电弧喷涂等工艺使用，涂层功能较单一，大体是防腐和耐磨损，应用面相对较小；第二阶段始于五十年代中期。人们发现，要解决工业设备中存在的大量磨损问题，十分有必要改进工艺，制取更耐磨的涂层。经过几年的努力，自熔合金问世并发展了火焰喷焊工艺，这就是著名的“硬面技术”。自熔合金是在Ni、Co和Fe基的金属中加入B、Si、Cr这些能形成低熔点共晶合金的元素及抗氧化元素，喷涂后再加热重熔，获得硬面涂层。这项技术在某种程度上是受焊接堆焊工艺的启发。由于这些涂层具有高硬度、高冶金结合及很好的抗氧化性，从而在耐磨及抗氧化性方面迈出了一大步。自熔合金的出现，对热喷涂技术起了巨大的推动作用。 这一阶段另一项技术突破是等离子喷涂设备的问世。等离子焰高达1万度，几乎可以喷涂一切材料。于是，人们打开了思路，先后发展了一系列的陶瓷材料和金属陶瓷材料。实际上，只有进入七十年代中期，1976年迈阿密第八届国际热喷涂会议之后，在航空工业迅速发展的需求与推动下，这些材料才真正找到了用武之地，相继出现了高性能、高技术的耐磨、耐高温、抗燃气腐蚀及隔热等表面工程涂层材料，使热喷涂技术开始从简易的维修车间步入宇航和飞机等高技术产业领域，并解决了大量令冶金工程师头痛的材料问题。不仅使那些担心采用这项技术会使飞机从天上掉下来的飞机设计师放下了心，而且自那时起，一架航空发动机有成百件以上的零件纳入了技术规范，必须采用热喷涂技术才得以达到设计师们的要求。第三阶段是以七十年代中期出现了一系列的复合粉和自粘一次喷徐粉末，直至八十年代夹芯焊丝作为电弧喷涂材料进入市场为主要标志。其特征是
纳米科技的发展及未来的发展方向 论文 理学院 08光信息科学与技术 张箐 0836017
纳米科技的发展及未来的发展方向 一：纳米科技的起源： 纳米是长度度量单位，一纳米为十亿分之一米。纳米科技这一初始概念是已故美国著名物理学家、诺贝尔物理学奖得主费恩曼(R．Feynman)于1959年在美国加州理工学院作题为“在低部还有很大空间”的讲演中提出的。费恩曼指出：如果人类能够在原子或分子尺度上来加工材料、制备装置，则将会有许多激动人心的新发现。他还强调：人们需要新型的微型化仪器来操纵纳米结构并测定其性质。费恩曼憧憬说：试想，如果有一天，人们可以按自己的意志来安排一个个原子，将会产生怎样的奇怪现象。 与所有的天才假想一样，费恩曼的科学思想起初并未被接受。然而科技的迅猛发展很快证明了费恩曼是正确的。继费恩曼之后，许多科学家又尽情发挥想像力，从不同角度继续编织纳米技术的神奇梦想。 纳米科技的迅速发展是在1980年代末1990年代初。1980年代初，宾尼希(C．Binnig)和罗雷尔(H．Rohrer)等人发明了费恩曼所期望的纳米科技研究的重要仪器－－扫描隧穿显微镜(scanning tunneling microscopy，STM)。STM 不仅以极高的分辨率揭示出了“可见”的原子、分子微观世界，同时也为操纵原子、分子提供了有力工具，从而为人类进入纳米世界打开了一扇更加宽广的大门。 与此同时，纳米尺度上的多学科交叉迅速形成了一个有广泛学科内容和潜在应用前景的研究领域。1990年，纳米技术获得了重大突破。美国IBM公司阿尔马登研究中心（Almaden Research Center）的科学家使用STM把35个氙原子移动到各自的位置，组成了“IBM”三个字母，这三个字母加起来不到3纳米长。 1990年7月，第一届国际纳米科学技术大会和第五届国际扫描隧穿显微
等离子喷涂技术的现状与展望 笑嘻嘻 机械11-3 学号：2011 摘要：综合分析了国内外等离子喷涂技术的现状, 着重阐述了今后的发展趋势, 并希望这一技术在我国的工业生产中发挥更大的作用。关键词：等离子喷涂实时诊断智能控制 1概述 随着现代科技和工业的发展, 对材料的性能提出了愈来愈高的要求, 不同的领域对材料的性能要求也有很大的差别, 即对于同一零部件的不同部位所要求的性能亦有所不同。因此, 寻求各种功能材料,甚至是智能材料已经成为当今世界的热门研究课题之一。 等离子喷涂技术是获得材料表面功能涂层的有效手段, 具有生产效率高、涂层质量好、喷涂的材料范围广、成本低等优点。因此, 近十几年来, 该技术的进步和生产应用发展很快, 现已广泛用于核能、航天航空、石化、机械等领域。 欧美国家从事等离子喷涂技术的研究工作较早, 现已形成大规模的开发、研制、生产基地。涌现出一批大型跨国公司, 如美国的Miller公司、METCO公司、瑞士的Castolin公司, 并分别开发了自己的系列产品, 不断加以改进。如METCO公司从最初的3M系统发展到了现在的10M 系统。最近又推出了计算机控制的等离子喷涂系统, 配有AR-2000 型6关节机器人, 可对不同部件进行编程, 制订不同的喷涂工艺, 具有菜单式软件驱动,可实时监测和记录等离子喷涂工艺参数, 并加以闭环控制。 日本虽然起步较晚, 但非常注重引进世界一流的设备和技术, 并加以发展。特别是近年来, 日本在等离子喷涂技术方面的研究异常深人, 大有后来居上之势。 在1992年第十三届国际热喷涂会议上, 共提交论文250多篇。其中美国110篇, 日本40篇, 德国24篇,中国12 篇, 其它多来自欧洲国家。在编人会议论文集的161篇文章中, 我国只有2 篇人选。由此可看出在一定程度上反映了各国的发展水平。 与先进国家相比, 我国在等离子喷涂技术研究上投入的人力、物力较少, 而又分散在多家研究机构。如武汉材料保护研究所、航天部625所、清华大学、华南理工大学、沈阳工业大学、北京矿冶研究总院和广州有色金属研究所。这样, 其研究能力就显得更加势单力薄。80年代初, 武汉材保所和航天部625所, 在METCO公司7M 系统的基础上, 分别研制出可 控硅整流等离子喷涂系统, 可惜未能形成生产能力和继续发展。近年来, 我国对等离子喷涂技术的研究工作多集中在涂层性能及喷涂工艺方面。国内从事等离子喷涂设备生产的仅几家小厂, 技术力量薄弱, 尚不具备开发、研制能力, 所生产的机型落后, 技术水平低。 2等离子喷涂电源及改进 目前, 等离子喷涂技术正朝着高效、大功率方向发展。但现已商品化的等离子喷涂系统多采用传统的整流式电源, 不仅能耗高, 而且体大笨重, 不便于现场使用。作为世界一流的METCO公司所生产的等离子喷涂设备中, 其电源也是晶闸管整流式, 其整机重量930kg。体积为690mm（长）╳1230mm（宽）╳1220mm（高）。目前, 使等离子喷涂设备实现节能和小型化已成为一个重要的研究课题。 瑞士的castolin、公司最近率先推出了小型的晶体管式等离子喷涂电源, 其设计紧凑,
纳米二氧化钛的现状与发展 作者：未知时间：2007-11-24 15:17:00 国外纳米TiO2的生产现状 20世纪80年代以前，纳米TiO2的研究开发目的主要是作为精细陶瓷原料、催化剂、传感器等，需求量不大，没有形成大的生产规模。80年代以后，开发的纳米TiO2用作透明效应和紫外线屏蔽剂，为纳米TiO2打开了市场，使纳米TiO2的生产和需求大大增加，成为钛白工业和涂料工业的一个新的增长点。 由于纳米TiO2在催化及环境保护等方面具有广阔的应用前景，并可用于日用产品、涂料、电子、电力等工业部门，因此，纳米TiO2展现出巨大的市场前景。日本、美国、英国、德国和意大利等国对纳米TiO2进行了深入的研究，并已实现纳米TiO2的工业化生产。目前全世界已经有十几家公司生产纳米TiO2，总生产能力估计在(6000～10000)t/a，单线生产能力一般为(400～500)t/a。 根据莎哈里本公司统计，2003年全球纳米TiO2销售量仅为1800t左右，其消费量与产品应用见表1。 表1 2003年全球纳米TiO2消费量与产品应用 近几年，有关纳米TiO2的新建装置已很少报道，主要是已建成装置的生产能力已远远超出市场的实际消费量，多数厂家处于开工不足或停产的状态。主要原因是目前国际上公认的纳米TiO2制备和应用技术还有待于提高，技术要点和难点主要表现在以下几个方面：①国际上纳米TiO2的价格为(30～40)万元/t，其成本大致是销售价格的2/5，原料和工艺路线的选择是降低生产成本的关键因素；②纳米TiO2的晶型和粒度控制技术；③金红石型纳米TiO2的表面处理技术；④纳米TiO2应用分散技术；⑤纳米TiO2应用功能的提升技
浅议热管技术及其在热能工程中的应用参考文本 In The Actual Work Production Management, In Order To Ensure The Smooth Progress Of The Process, And Consider The Relationship Between Each Link, The Specific Requirements Of Each Link To Achieve Risk Control And Planning 某某管理中心 XX年XX月
浅议热管技术及其在热能工程中的应用 参考文本 使用指引：此安全管理资料应用在实际工作生产管理中为了保障过程顺利推进，同时考虑各个环节之间的关系，每个环节实现的具体要求而进行的风险控制与规划，并将危害降低到最小，文档经过下载可进行自定义修改，请根据实际需求进行调整与使用。 热管技术现在运用的越来越频繁，本文对热管的基本 组成，热管的工作原理，以及热管的分类和热管在应用的 过程中，所要解决的技术关键做了详细的分析，并且对热 管技术在热能工程的应用进行了分析和研究，给以后的热 管研究提供了参考。 随着科学技术的发展越来越快，热能工程的发展也是 与日俱进，热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非 常高，是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术，热 管的截面非常的小，并且不需要加入任何的动力就可以让 巨大的热能，进行传输。因此，热管在热能工程的应用越 来越广泛。
热管的组成和原理 1.1.热管的组成 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×（10负1－－－10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段)，另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程： 1.1.1.热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到（液－－－汽）分界面； 1.1. 2.液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；
文章编号：1004-8774（2003）03-24-04 热管技术及其在热能工程中的应用 收稿日期：2002-09-09 何天荣 （湖南大学衡阳分校，湖南421101） 摘要：热管技术越来越得到人们的重视，热管的应用也日益广泛。然而，热管技术在热能动力工程上的应用还处于初期阶段。文章在介绍热管技术基本知识的基础上，介绍了热管技术在热能工程中的应用的几个方面及安全问题，用以推动热管技术的进一步发展。 关键词：热管技术；热能工程；应用与安全 中图分类号：Tk172.4 文献标识码：B Heat Pipe Technology and its Application in Thermal Engineering HE Tian-rong Abstract：Heat pipe technoIogy is getting more and more regards，and its appIications are aIso extensive increasingIy. However，in thermaI power engineering，it is stiII being earIy stage.In this paper，after the basic knowIedge of heat pipe technoIogy is introduced，we anaIyze severaI kinds of appIication of heat pipe technoIogy in thermaI engineering and security probIem thereof，in order to impeI it to deveIop further. Key words：Heat pipe technology；Thermal engineering；Application and security 1 前言 1964年热管诞生于美国的洛斯?阿拉莫斯（Los AIamos）科学实验室，1967年该实验室首次将一支实验用水热管送上了地球卫星轨道，1968年热管第一次用于测地卫星GEOS-!，用来控制仪器的温度。除空间技术外，热管相继为电子工业所采用，用来冷却电子管、半导体元件和集成电路板等电子元件，并应用于机械、电机部件的冷却。20世纪70年代热管应用于医用手术刀，随后应用的新领域是能源工程。国外用于余热回收和空调的热管换热器已部分商品化。并开展了热管技术在太阳能和地热利用方面的研究。1972年我国研制出第一根热管，它是以钠为工质的，接着研制了以氨、水、导热油为工质的热管。 热管除了在宇航、石化、电子、机械、轻纺工业及医学上的应用外，目前热管已逐渐应用于热能工程，并显示出它的强大优势。 2 热管的基本结构及原理 2.1 热管的基本结构 热管是由管壳、管芯（或称吸液管）和工作液体三部分组成，如图1所示。管壳是由碳钢、不锈钢、铜等金属材料制造的能承受一定压力的完全密闭的管状容器，内部空腔具有较高的原始真空度。管芯是紧贴管壁的由毛细多孔结构材料制成，它一般为金属丝网或烧结的金属粉末。工业用热管也有采用槽道吸液结构或丝网与槽道复合结构。工作液体是热管工作时传递热量的工作介质，一般有水、氨、甲醇、丙酮、R-21、R-113等，其中水的工作范围为45~210C。工作液在热管内呈气态和液态两种工作状态，它是在热管处于真空状态下被充入，并填满毛细材料中的微孔，然后予以密封的。 2.2 热管的工作原理 如图1所示，热管一端为蒸发段，中间一段为绝热段（即与外界无热交换），另一端为冷凝段。当蒸发段受热时，毛细材料中的液体蒸发产生蒸汽流向另一端冷凝段。冷凝端由于放热冷却使蒸汽又凝结成液体，液体再沿毛细多孔材料流回蒸发段，如此不断循环，将热量从一端传到另一端。从热管内部的工作过程来看，也对应分成三个工作段，即汽化段、输运段和放热凝结段。利用这种原理工作的热管称为毛细管式热管。 42工业锅炉2003年第2期（总第78期）
热喷涂技术经过近一个世纪的发展，从简单的工艺技术发展成为完整的工业体系，已成为先进制造技术的重要组成部分。在成长和发展过程中，由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，技术日趋系统化、集成化，即发展成为集机械学、材料科学、热动力科学、高新技术和生物工程等专业为一体的新兴交叉学科，在制造业领域成为完整的工业体系。热喷涂技术的核心是优质、高效、低消耗的表面改性，达到赋予基体材料表面特殊功能的目的。技术的发展主要是新技术的发现、材料的创新、涂层质量控制软件体系、涂层制备基础理论研究和检测技术等诸方面。 1)近年来，随热喷涂技术的发展，新的工艺技术和新的应用领域不断地涌现。涂层质量很大程度上依赖于喷射熔滴的速度，提高热喷涂射流和喷涂粒子的速度已成为当前国际热喷涂技术发展的新趋势，相继出现了爆炸喷涂、高速活性燃气火焰喷涂(HV AF)、高速电弧喷涂、活性电弧喷涂、高速等离子喷涂、三阴极内送粉等离子喷涂、溶液等离子喷涂(SPS)、冷气动力喷涂(CGDS)等新技术。这些技术的共同特点是大幅度提高了喷涂粒子的飞行速度，降低了涂层孔隙率，提高了涂层结合强度。 高速等离子喷涂技术由于热源温度高、加热熔化效率高，可喷涂高熔点的陶瓷材料和超合金材料。与普通等离子喷涂比较，高速等离子喷涂的射流速度超过5马赫，喷涂粒子速度可达500m/s，使得涂层更加致密，硬度、韧性、结合强度更高。特别是制备高质量陶瓷涂层和金属陶瓷涂层，具有其他喷涂技术不可替代的优势。 三阴极内送粉等离子喷涂由三根平行的阴极将电弧一分为三，将喷涂粉末通过喷枪轴线与电弧同轴方向送入电弧，减少喷嘴局部过热的可能性，增加电弧稳定性和喷嘴使用寿命;延长粉末加热时间，提高了沉积速率和粉末材料利用率，沉积效率可高达90%，涂层质量均匀、致密、结合强度高。 溶液等离子喷涂是采用纳米先驱溶液或悬浮有纳米粒子的溶液为喷涂材料制备涂层的方法。有效地解决了纳米粉末材料输送的技术难题，扩展了涂层材料的应用领域，为纳米涂层制备、推动纳米涂层的实际应用提供了可能。 HV AF高速活性燃气喷涂，既具有高速火焰喷涂速度高的特点，又具有控制和改变环境条件的能力。活性燃烧气体使用丙烷、乙烯或MAPP气体，可产生还原性气氛;有最好的动能和热能匹配，喷涂粒子被加热到熔点以下，而粒子飞行速度高达800m/s，生产效率高，喷涂WC Co材料可达30kg/h;制备的金属合金和碳化物涂层含氧量非常低，涂层十分致密，可得到压应力或无应力涂层，是制备厚涂层最有效的方法之一。 高速活性电弧喷涂是在普通电弧喷涂的基础上，被电弧熔化的涂层材料被丙烷 空气燃烧所产生的高速气流雾化成细小微粒，并二次加速得到高速飞行的粒子束流，可有效地控制气流成氛得到还原环境，所得到的涂层含氧量低、涂层致密、孔隙率低、结合强度高。 冷气动力喷涂是由俄罗斯科学家在风洞试验中首次发现这一现象，根据这一现象发明了冷气动力喷涂技术。它是利用高压、温度在260～760℃热气流，将喷涂材料加速沉积到基体表面形成涂层的方法。超声速气体/粒子双相流、高压气流使粒径为1μm≤d≤50μm的粒子加速到450～1000m/s，在固态下形成孔隙率低、含氧量低、残余应力低的涂层，可完全保持喷涂材料原始成分。有文献表明：双相气流速度越大，粒子的沉积效率越高。现在美国和德国已研制成功成套冷气动力喷涂设备。 多种复合工艺技术已联合使用。高速火焰喷涂制备结合底层，有效地控制结合层的含氧量，等离子喷涂制备工作面层;等离子喷涂或火焰喷涂预置涂层，激光照射重熔制备完全致密的陶瓷涂层，达到改变涂层组织性能的目的。 2)新型工艺技术的发现与应用促进了新材料的发展。新型热障涂层材料，在氧化锆涂层上使用新成分和氧化锆复合，作为双层复合涂层;纳米涂层(纳米先驱溶液、纳米团聚体粉末)材料、功能复合涂层材料、生物功能涂层材料、金属间化合物涂层材料、微晶或非晶涂层材料等的
纳米技术(nanotechnology），也称毫微技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用的一种技术。 1981年扫描隧道显微镜发明后，诞生了一门以0.1到100纳米长度为研究分子世界，它的最终目标是直接以原子或分子来构造具有特定功能的产品。因此，纳米技术其实就是一种用单个原子、分子射程物质的技术。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容 从迄今为止的研究来看，关于纳米技术分为三种概念： 第一种，是1986年美国科学家德雷克斯勒博士在《创造的机器》一书中提出的分子纳米技术。根据这一概念，可以使组合分子的机器实用化，从而可以任意组合所有种类的分子，可以制造出任何种类的分子结构。这种概念的纳米技术还未取得重大进展。 第二种概念把纳米技术定位为微加工技术的极限。也就是通过纳米精度的"加工"来人工形成纳米大小的结构的技术。这种纳米级的加工技术，也使半导体微型化即将达到极限。现有技术即使发展下去，从理论上讲终将会达到限度，这是因为，如果把电路的线幅逐渐变小，将使构成电路的绝缘膜变得极薄，这样将破坏绝缘效果。此外，还有发热和晃动等问题。为了解决这些问题，研究人员正在研究新型的纳米技术。 第三种概念是从生物的角度出发而提出的。本来，生物在细胞和生物膜内就存在纳米级的结构。DNA分子计算机、细胞生物计算机的开发，成为纳米生物技术的重要内容1993年，第一届国际纳米技术大会(INTC)在美国召开，将纳米技术划分为6大分支：纳米物理学、纳米生物学、纳米化学、纳米电子学、纳米加工技术和纳米计量学，促进了纳米技术的发展。由于该技术的特殊性，神奇性和广泛性，吸引了世界各国的许多优秀科学家纷纷为之努力研究。纳米技术一般指纳米级(0.1一100nm)的材料、设计、制造，测量、控制和产品的技术。纳米技术主要包括：纳米级测量技术：纳米级表层物理力学性能的检测技术：纳米级加工技术；纳米粒子的制备技术；纳米材料；纳米生物学技术；纳米组装技术等。关键突破 1990年，IBM公司阿尔马登研究中心的科学家成功地对单个的原子进行了重排，纳米技术取得一项关键突破。他们使用一种称为扫描探针的设备慢慢地把35个原子移动到各自的位置，组成了IBM三个字母。这证明费曼是正确的，二个字母加起来还没有3个纳米长。不久，科学家不仅能够操纵单个的原子，而且还能够“喷涂原子”。使用分子束外延长生长技术，科学家们学会了制造极薄的特殊晶体薄膜的方法，每次只造出一层分子。目前，制造计算机硬盘读写头使用的就是这项技术。著名物理学家、诺贝尔奖获得者理查德· 费曼预言，人类可以用小的机器制作更小的机器，最后将变成根据人类意愿，逐个地排列原子，制造产品，这是关于纳米技术最早的梦想。 纳米技术包含下列四个主要方面：
第28卷第3期2006年9月 甘 肃 冶 金 G ANS U MET ALLURGY Vol.28 No.3 Sep.,2006 文章编号:167224461(2006)0320098202 热管技术的应用展望 魏新宇1,李树勋2,吴 奇2 (1.西安航空技术高等专科学校动力工程系,陕西 西安 710077; 2.兰州理工大学石油化工学院,甘肃 兰州 730050) 摘 要:简单介绍了热管的基本原理、性能特点,以及热管在各个领域的实际应用,总结出热管及热管换热器的发展前景。 关键词:热管;应用;进展 中图分类号:TK172.4 文献标识码:A Appli ca ti on and D evelop m en t of Hea t P i pe Technology W E I Xin2yu1,L I Shu2xun2,WU Q i2 (1.Xi′an Aer otechnical College,Xi′an710077,China; https://www.doczj.com/doc/b012916774.html,nzhou University of Tech.,Lanzhou730050,China) Abstract:I n this paper,the p r operties,characteristics and the app licati on of heat p i pe in s ome fields are su mmarized, then analyzed the p resent status and discussed its devel op ing tendency in the future. Key words:heat p i pe;app licati on;devel opment 1 引言 热管的构想1942年首次由美国人R S Ganger提出。1964年,美国Loe A la m科学实验室的G M Gr over及其合作者T P Cotter与G F Ebon制成高温钠热管,并定名为Heat Pi pe。40多年来,美、日、德、意、英、法、原苏联等国相继对热管的理论和应用开展了大量的试验研究,使之发展速度较快。热管是利用密闭管内工质的蒸发和冷凝来进行传热,其热阻很小。它是由管壳、起毛细管作用的多孔物质———管芯以及传递热能的工质等组成的一个高真空封闭系统。在热管内部,因热量的传递是通过沸腾、冷凝过程进行,沸腾与冷凝系数都很大,蒸汽流动阻力小,则管壁温度相当均匀。由热管的传热量和相应的管壁温差折算而得的表观导热系数,是最优良金属导热体的100～1000倍[123]。 热管以其优良的性能首先在卫星的温度控制上使用,随即在电子、电机的散热冷却和余热利用等诸方面得到普遍应用。目前,在世界范围内,从空间到地面,从军工到民用,在航天、航空、电子、电机、核工业、热工、建筑、医疗、温度调节、余热回收以及太阳能与地热利用等方面已有数以万计的热管正在运行中。1972年,我国第一根自制钠热管成功地投入运行,之后从航天技术到民用工业,热管技术都取得进展并获得应用。一些高校和科研单位在热管技术的应用和基础研究方面做了大量工作,促使热管在空间技术、电子电器、能源动力、化工、轻工、冶金等多方面获得应用[1]。 2 热管技术的扩展与展望 2.1 热管的小型微型化 在容积受限的条件下,普通的换热措施无法实现,一般热管也难以安置,小型和微型热管的发展解决了这一难题。微型热管一般指直径10～500μm、长约10～30mm、无吸液芯的热管。美国研制的小型手持开式液氮热管手术器,质量仅1kg,包括液氮贮存器、热管和探针尖3大件。借助毛细作用,使液氮从贮存器流过305mm长的探针内腔到达镀金的铜尖,液氮蒸发吸收汽化潜热由尼龙帽排出,保证在半小时内探针尖温度都在77K(-196℃)左右,可用以冻杀肿瘤组织[3]。日本开发的一种热管温热治疗仪,是外径1.48 mm、内径1.l mm的不锈钢热管,蒸发段外设循环恒温的热水管套,控制热管的运行温度,冷凝段制成针头状,可刺入皮下数十毫米,保持针头43～46℃温热以杀死癌细胞[2]。 传统的台式计算机和笔记本电脑的中央处理器(CP U)都使用微型风扇和金属翅片来散热冷却,散热量一般为2～4W。随着计算机技术的飞速发展,高性能的CP U的发热量增加了5～6倍,以后的发热量就会越来越大,将会达到5～12W或者更高,常规的自然散热方式及风扇强制散热都难以满足要求。热管散热有体积紧凑、无噪音、高度可靠性等优点,是首选的散热手段。用于笔记本电脑散热的热管属于小型热管,热管的外径为3～5mm,内径一般为2.6～4mm,长度一般小于300mm,可以弯成各种形状。见图1。 2.2 热管的大型超大型化 大容量的余热回收、融化道路积雪(防冻)、地下电力电缆的冷却、地下煤气化的冷却以及地热开发利用和保持永久冻土层的稳定等领域都要求热管的大型甚至超大型化。据报道,20世纪末世界最大的热管直径达300mm,长度达
热喷涂技术现状及其发展 林安川 摘要：近年来金属表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展。热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术。由于采用热喷涂技术，可以使基体材料在耐磨性、耐蚀性和绝缘性等方面的性能得到改善。因此热喷涂技术都得到了广泛的应用，并取得了良好的经济效益[1]。热喷涂成为金属表面科学领域中一个十分活跃的学科。本文介绍了热喷涂工艺的特点，喷涂方法的种类及其技术以及热喷涂技术的应用概况，并对热喷涂技术的发展方向给予了展望。 关键词：热喷涂涂层分类应用发展 Thermal spraying technology status and development L-in Anchuan abstract：Metal surface engineering develops very fast in recent years, Especially the thermal spraying technology was a great progress. Thermal spraying is a kind of melt a solid materials with special equipment and to accelerate the jet to the mechanism on the surface, forming special thin layer, in order to improve the parts such as corrosion resistance, abrasion resistance, high temperature resistant performance of the emerging science and technology, material surface. Due to using thermal spraying technology, can make the base material in terms of wear resistance, corrosion resistance, and insulation performance improving.Therefore the thermal spraying technology has been widely used, and achieved good economic benefits [1]. Thermal spraying metal in the field of surface science become a very active subject.Characteristics of thermal spraying technology was introduced in this paper, the types of spraying method and its general situation of the application technology and thermal spraying technology, and give the development direction of thermal spraying technology were discussed. Key word：The thermal spraying coating classification application development 1 概述 热喷涂是一种表面强化技术，是表面工程技术的重要组成部分，一直是我国重点推广的新技术项目。它是利用某种热源（如电弧、等离子弧或燃烧火焰等）将粉末状或丝状的金属或非金属材料加热到熔融或半熔融状态，然后借助焰留本身或压缩空气以一定速度喷射到预处理过的基体表面，沉积而形成具有各种功能的表面涂层的一种技术。 这在高速气流的作用下使之雾化成微细熔滴或高温颗粒，以很高的飞行速度喷射到经过处理的工件表面，形成牢固的覆盖层，从而使工件表面获得不同硬度、耐磨、耐腐、耐热、抗氧化、隔热、绝缘、导电、密封、消毒、防微波辐射以及其他各种特殊物理化学性能。它可以在设备维修中修旧利废，使报废的零部件“起死回生”；也可以在新产品制造中进行强化和预保护，使其“益寿延年”。 喷涂粉末在整个热喷材料中占据十分重要的地位。热喷涂合金粉末包括镍基、铁基和钴基合金粉，按不同的涂层硬度，分别应用于机械零部件的修理和防护。 当前又面临高性能结构材料成本逐年上升的问题，为同时解决这两个方面的问题，近年来金属表面工程发展很快，尤其是热喷涂技术获得了巨大的进展。热喷涂是一种用专用设备把某种固体材料熔化并加速喷射到机件表面上，形成特制薄层，以提高机件耐蚀、耐磨、耐高温等性能的新兴材料表面科学技术[1，2]。由于采用热喷涂技术，可以使基体材料在耐磨
第27卷 第6期 岩 土 工 程 学 报 Vol.27 No.6 2005年 6月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering June, 2005 热管技术及其在多年冻土工程中的应用研究 Thermosyphon technology and its application in permafrost 杨永平1,2，魏庆朝2，周顺华1，张鲁新2 (1. 同济大学 道路与铁道工程教育部重点实验室，上海 200331; 2. 北京交通大学 土建学院，北京 100044) 摘 要：热管技术是国外寒区工程中广泛使用的一项主动冷却地基土体的技术，青藏铁路修建之前，国内很少对此技术进行研究。本文针对应用于青藏铁路多年冻土工程中的热管类型，通过国内外的研究资料，综述了与青藏铁路热管应用效果相关的理论研究与工程实践成果。由于青藏铁路沿线独有的气候和冻土条件，文中的理论与实践方法与参数虽然不能简单照搬应用于青藏铁路的设计，但是可以对青藏铁路多年冻土区热管的设计与应用起到借鉴的作用。 关键词：青藏铁路；热管；多年冻土；综述 中图分类号：U 416文献标识码：A文章编号：2005–4548(2005)06–0698–09 作者简介：杨永平（1976– ），男，博士，2004年12月于北京交通大学土木建筑工程学院获博士学位，现为同济大学博士后，从事高速铁路特殊土质路基结构分析及数值分析研究。 YANG Yong-ping1,2，WEI Qing-chao2，ZHOU Shun-hua1，ZHANG Lu-xin2 (1. Key Laboratory of Road Traffic Engineering of the Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200331, China; 2. Civil Engineering School, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China) Abstract: Thremosyphon is a widely used technology applied to the engineering projects in permafrost regions at home and abroad. Before the construction of the Qinghai-Tibet railway, there was little study on this technology. This study is based on the type of the thermosyphon used in the Qinghai-Tibet railway. For the weather and permafrost conditions of Qinghai-Tibet plautea are different from the conditions of foreign countries, it is not proper to directly apply their theory and productions to the design of thermosyphon embankments in Qinghai-Tibet railway. This paper will be useful for the design and application of the thermosyphon used in permafrost regions of Qinghai-Tibet railway. Key words: Qinghai-Tibet railway；thermosyphon；permafrost；comprehensive study 0 引 言 两相闭式热虹吸管（Two-phase closed thermosyphon）又称重力热管，简称热虹吸管。是冻土区广泛使用的一种热管。青藏铁路使用的热管是低温、氨—碳钢热管，是一种制冷热管，由于热虹吸管内没有吸液芯这一重要特点，不仅结构简单，制造方便，成本低廉，而且传热性能优良，工作可靠，青藏铁路冻土区适用的热管就是这种类型。 1 主要应用国家概述 美国在20世纪60年代末申请了应用于多年冻土中的热管技术专利后，成立了研究机构，对热管技术在多年冻土中的应用进行了一些研究，主要的领军者为美国北极基础有限公司、阿拉斯加大学寒区工程研究所以及美国寒区军事工程研究所。加拿大在60年代后期向美国购置了热管专利，开展了热管技术应用的研究，并于70年代后期成立了加拿大北极基础有限公司，向加拿大多年冻土区提供热管系统和技术服务。 加拿大已将热管广泛应用于北美寒冷地区的工程建筑物，用于冷却地基确保冻土稳定性。目前主要的应用领域有工业与民用建筑、公路工程、铁路工程、机场跑道、输油管线、通讯塔、大坝及冻结墙等工程。 当前美国和加拿大正在联合研究并推进热管在铁路工程中的应用，开发热管通用分析方法，研究和编制通用简便的电子计算机程序，改进制造和安装工艺。但是这些方面的研究成果仍属于公司所有，不予公开发表。 前苏联在60年代早期曾由学者ТаЛеев C ∏提到过热传导桩的概念[1]。列宁格勒铁路运输设计院、莫斯科铁路运输设计院以及西伯利亚冻土研究站曾用煤油做工质设计了单相单管和多管热传导设计，应用于伊尔库茨克公路和雅库斯克水库等工程项目中。煤油热管属于液体对流，较汽－液两相对流的热管传热效率要差。目前也被成功地应用于土芯坝基等水利工程，以及冻土区铁路路基工程，但热管技术的研究远不及美国和加拿大。 ─────── 收稿日期：2004–08–19