熱管的相容性是指熱管在預期的設計壽命內,管內工作液體同殼體不發生顯著的化學反應或物理變化,或有變化但不足以影響熱管的工作性能。相容性在熱管的應用中具有重要的意義。只有長期相容性良好的熱管,才能保証穩定的傳熱性能,長期的工作壽命及工業應用的可能性。碳鋼-水熱管正是通過化學處理的方法,有效地解決了碳鋼與水的化學反應問題,才使得碳鋼
—
水熱管這種高性能、長壽命、低成本的熱管得以在工業中大規模推廣使用。
影響熱管壽命的因素很多,歸結起來,造成效管不相容的主要形式有以下三方面,即:產生不凝性氣體:工作液體熱物性惡化:管殼材料的腐蝕、溶解。
(1)
產生不凝性氣體
由於工作液體與管完材料發生化學反應或電化學反應,產生不凝性氣體,在熱管工作時,該氣體被蒸汽流吹掃到沖凝段聚集起來形成氣塞,從而使有效冷凝面積減小,熱阻增大,傳熱性能惡化,傳熱能力降低甚至失效。
(2)
工作液體物性惡化
有機工作介質在一定溫度下,會逐漸發生分解,這主要是由於有機工作液體的性質不穩定,或與殼體材料發生化學反應,使工作介質改變其物理性能,如甲苯、烷、烴類等有機工作液體易發生該類不相容現象。
(3)
管殼材料的腐蝕
、溶解、工作液體在管殼內連續流動,同時存在着溫差、雜質等因素,使管殼材料發生溶解和腐蝕,流動阻力增大,使熱管傳熱性能降低。當管殼被腐蝕后,引起強度下降,甚至引起管殼的腐蝕穿孔,使熱管完全失效。這類現象常發生在碱金屬高溫熱管中。
1 .
熱管零部件及其加工
熱管的主要零部件為管殼、端蓋
(
封頭
)
、吸液芯、腰板
(
連接密封件
)
四部分。不同類型的熱管對這些零部件有不同的要求。
2 .
管殼
熱管的管殼大多為金屬無縫鋼管,根據不同需要可以採用不同材料,如銅、鋁、碳鋼、不鏽鋼、合金鋼等。管子可以是標準圓形,也可以是異型的,如橢圓形、正方形、矩形、扁平形、波紋管等。管徑可以從
2mm
到
200mm
,甚至更大。長度可以從几毫米到
l00
米以上。低溫熱管換熱器的管材在國外大多採用銅、鋁作為原料。採用有色金屬作管材主要是為了滿足與工作液體相容性的要求。
3 .
端蓋
熱管的端蓋具有多種結構形式,它與熱管舶連接方式也因結構形式而異。端蓋外圓尺寸可稍小於管殼。配合后,管殼的突出部分可作為氬弧焊的熔焊部分,不必再填焊條,焊口光滑乎整質量容易保証。
旋壓封頭是國內外常採用的一種形式,旋壓封頭是在旋壓機上直接旋壓而成,這種端蓋形式外型美觀,強度好、省材省工,是一種良好的端蓋形式。
4.
吸液芯結構
吸液芯是熱管的一個重要組成部分。吸液芯的結構形式將直接影響到熱管和熱管換熱器的性能。近年來隨着熱管技術的發展,各國研究者在吸液芯結構和理論研究方面做了大量工作,下面對一些典型的結構作出簡賂的介紹。
1
.管芯型式
一個性能優良的管芯應具有:
(1)
足夠大的毛細抽吸壓力,或較小的管芯有效孔徑
(2)
較小的液體流動阻力,即有較高的滲透率
(3)
良好的傳熱特性,即有小的徑向熱阻.
(4)
良好的工藝重複性及可靠性,製造簡單,價格便宜。
管芯的構造型式大致可分為以下几類:
(1)
緊貼管壁的單層及多層網芯此類管芯
多層網的網層之間應儘量緊貼,網與管壁之間亦應貼合良好,網層數有
l
至
4
層或更多,各層網的目數可相同或不同.若網層多,則液體流通截面大,阻力小,但徑向熱阻大;用細網時毛細抽吸力大但流動阻力亦增加.如在近壁因數層用粗孔網,表面一層用細孔網,這樣可由表面細孔網提供較大的毛細抽吸壓力,通道內的粗孔網使流動阻力較小,但並不能改善徑向熱膽大的缺點.網芯式結構的管芯可得到較高的毛細力和較告的毛細提升高度,但因滲透率較低,液體回流阻力較大,熱管的軸向傳熱能力受到限制.此外其徑向熱阻較大,工藝重複性差又不能適應管道彎曲的情況,故在細長熱管中逐漸由其它管芯取代。
(2)
燒結粉末管芯
由一定目數的金屬粉末燒結在管內壁面而形成與管壁一體的燒結粉末管芯,也有用金屬絲網燒結在管內壁面上的管芯.此種管芯有較高的毛細抽吸力,並較大地改善了徑向熱阻,克服了網芯工藝重複性差的缺點,但因其滲透率較差,故軸向傳熱能力仍較軸向槽道管芯及幹道式管芯的小.
(3)
軸向槽道式管芯
在管殼內壁開軸向細槽以提供毛細壓頭及液體國流通道,槽的截面形狀可為矩形,梯形,圓形及變截面槽道,槽道式管芯雖然毛細壓頭較小,但液體流動阻力甚小,因此可達到較高的軸向傳熱能力,徑向熱阻較小,工藝重複性良好,可獲得精確幼儿何參數,因而可較正確地計算毛細限,此種管子彎曲后性能基本不變,但由於其抗重力工作能力極差,不適於傾斜
(
熱端在上
)
工作對於空間的零重力條件則是非常適用的,因此廣氾用於空間飛行器。
(4)
組合管芯
一般管芯往往不能同時兼顧毛細抽吸力及滲透率.為了有高的毛細抽吸力,就要選用更細的網成金屬粉末,但它仍的滲透率較差,組合多層網雖然在這方面有所提高,可是其徑向熱陰大.組合管芯躍能兼顧毛細力和滲透率,從而能獲得高的軸向傳熱能力,而且大多數管芯的徑向熱阻甚小.它基本上把管芯分成兩部分.一部分起毛細抽吸作用,另一部分起液體回流通道作用。
如前所述,構成熱管的三個主要組成部分是管殼、管芯和工質。在設計過程中,對答殼和管芯的材料進行合理的選擇后就可以開始製作。通常熱管的製造過程包括下面的工藝操作,並按一定的程序進行。
1
、機械加工---
2
、清洗---
3
、管芯製作---
4
、清洗---
5
、焊接---
6
、檢漏----
7
、除氣---
8
、檢漏---
9
、充裝---
10
、封接---
11
、烘烤---
12
、檢驗
實際製造的時候往往能達到
20
,甚至上百道的工序。這裡只是最簡單的一些必須工序。