熱管是熱管換熱器的最基本元件，從其外觀來看，通常是一根有翅片或無翅片的普通圓管，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)表現(xiàn)在管內(nèi)，圖3.76所示為吸液芯熱管的一種典型結(jié)構(gòu)。它由管殼、毛細(xì)

多孔材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽通道）所組成從傳熱狀況看，熱管沿軸向可分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段三部分（見圖3.76）。工作時，蒸發(fā)段因受熱而使其毛細(xì)材料中的工作液體發(fā)，蒸汽流向冷凝段，在這里由于受到冷卻使蒸汽凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此循環(huán)不已，熱量由熱管的一端傳至另一端。由于汽化潛熱大，所以

在極小的溫差下就能把大量的熱量從熱管的蒸發(fā)段傳至冷凝段，實(shí)驗(yàn)表明，一根長Q.6m、直徑

13m、重0.34kg的熱管，在100℃工作溫度下輸送200W的能量，其溫降僅0.5℃.而輸送同等能量的同樣長的實(shí)心銅棒重量為0.7kg，兩端溫差競高達(dá)70℃。絕熱段作為蒸汽通道的不工作部分并不承擔(dān)傳熱任務(wù)，而是為了分開冷、熱源并使熱管能適應(yīng)任意需要的幾何形狀布置而設(shè)置的。

熱管的管殼是受壓部件，要求由高導(dǎo)熱率、耐壓、耐熱應(yīng)力的材料制造。但在材料的選擇上必須首先考慮到與所要使用的工質(zhì)的相容性，即要求熱管在長期運(yùn)行中管殼無腐蝕，工質(zhì)與管殼不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不產(chǎn)生氣體。管殼材料有多種，以不銹鋼、銅、鋁、鎳等較多，也可用貴重金屬鈮、但或玻璃、陶瓷等。管殼的作用是將熱管的工作部分封閉起來，在熱端和冷端接收和放出熱量，并承受管內(nèi)外壓力不等時所產(chǎn)生的壓力差管芯是一種緊貼管殼內(nèi)壁的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，通常用多層金屬絲網(wǎng)或纖維、布等以襯里形式緊貼內(nèi)壁以減小接觸熱阻，襯里也可由多孔陶瓷或燒結(jié)金屬構(gòu)成。性能優(yōu)良的管芯應(yīng)具有：

①足夠大的毛細(xì)抽吸壓頭：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，即有較小的徑向熱阻。因而，管芯的結(jié)構(gòu)有多種，大致可分為以下幾類：①緊貼管壁的單層及多層網(wǎng)芯，圖3.77（a）：②燒結(jié)粉末管芯，圖3.77（b），它是由一定目數(shù)的金屬粉末或金屬絲網(wǎng)燒結(jié)在管內(nèi)壁面而成：③軸向槽道式管芯，圖3.77（），它是在管殼內(nèi)壁開軸向細(xì)槽，以提供毛細(xì)壓頭及液體回流通道，槽的截面形狀可有矩形、梯形等多種：④組合管芯，一般管芯往往不能同時兼顧毛細(xì)抽吸力及滲透率，組合管芯能兼顧毛細(xì)力和滲透率，從而獲得高的軸向傳熱能力，而且大多數(shù)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(xì)抽吸作用，一部分起液體回流通道作用。此類管芯有多種，圖3.77（）所示為一種槽道覆蓋網(wǎng)式。它是在軸向槽道管芯表面覆蓋一層細(xì)孔網(wǎng)，槽道成為低阻力的液體回流通道，細(xì)孔網(wǎng)則提供高的毛細(xì)抽吸壓頭，因此可提高傳熱能力。但因網(wǎng)與槽不易貼合緊，其徑向熱阻較大。

熱管的工作液要有較高的汽化潛熱、導(dǎo)熱系數(shù)，合適的飽和壓力及沸點(diǎn)，較低的黏度及良好的穩(wěn)定性。工作液體還應(yīng)有較大的表面張力和潤濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力，使毛細(xì)結(jié)構(gòu)能對工作液作用并產(chǎn)生必需的毛細(xì)力。工作液還不能對毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁產(chǎn)生溶解作用，否則被溶解的物質(zhì)將積累在蒸發(fā)段破壞毛細(xì)結(jié)構(gòu)。熱管內(nèi)的工作液體隨熱管內(nèi)部的工作溫度而定，并由此可區(qū)分為低溫

（<100.℃）、中溫（100~500℃）、高溫（>500℃）熱管。

在低溫范圍內(nèi)有乙醇、丙酮、氟利昂、液氨、液氮、液氫等。

在常溫條件下的工作液體一般為水，熱管內(nèi)部工作溫度高于280℃時，由于水的飽和蒸汽壓力較高，故應(yīng)考慮具有低飽和蒸汽壓的工作液體如聯(lián)苯，萘、汞等，當(dāng)管內(nèi)工作溫度超過600℃以上時，則可選用鉀、鈉或鉀鈉合金等液態(tài)金屬作為工作液體。

工作液在外殼封閉前裝入熱管，其數(shù)量應(yīng)使毛細(xì)結(jié)

構(gòu)足夠飽和并稍有過量，若液體不足則有可能成為熱管破壞的原因之一（如蒸發(fā)段干涸）。

熱管的型式有多種。上述熱管工作時，冷凝的工作液體是依靠毛細(xì)多孔材料（吸液芯）的

毛細(xì)抽吸力返回到加熱段（蒸發(fā)段）的，故常稱為吸液芯熱管，這種熱管被認(rèn)為是典型熱管。

工作液體的回流也可依靠其本身的重力作用，這種熱管就是兩相熱虹吸管（又稱重力熱管），圖3.78所示為兩相閉式熱虹吸管的工作原理簡圖。管子為真空密封，當(dāng)管子的下端加熱時，下端的液體蒸發(fā)并以高速向上部移動，在與溫度較低的上端管壁接觸后，冷凝成液體，然后在重力作用下沿管內(nèi)壁流回下端蒸發(fā)段。如果工作液體的回流是受離心力的分力作用，則叫旋轉(zhuǎn)熱管，旋轉(zhuǎn)熱管為一密閉的空心軸（管），此空心軸內(nèi)腔具有一定初始真空度，并充有少量工作液。內(nèi)腔的形狀可以是空心圓柱形，空心內(nèi)錐形或圓柱臺階形，圖3.79為一錐形空腔的旋轉(zhuǎn)熱管工作原理簡圖。它和普通熱管一樣具有蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段三個區(qū)域。在高轉(zhuǎn)速下，工作液覆蓋在空腔的內(nèi)壁面上，并形成一層環(huán)狀液膜。旋轉(zhuǎn)熱管的一端由于被加熱，該處液體蒸發(fā)、液膜變薄，所產(chǎn)生的蒸汽流到另一端（冷卻端）。蒸汽在冷卻端放出潛熱而凝結(jié)成液體。在熱管的旋轉(zhuǎn)角速度為仙、旋轉(zhuǎn)半徑為，時，單位體積的液體受到的離心力為0@，這一離心力沿錐面的分力osia使這些冷凝液沿錐面流回到蒸發(fā)段。這樣連續(xù)地蒸發(fā)、蒸汽流動、凝結(jié)與液體的回流完成了把熱量從加熱段輸送到冷卻段的過程。

按照凝液回流的作用力不同，熱管可分成上述這三種基本型式。此外，還有一種同時受到毛細(xì)力和重力作用使凝液回流的熱管，稱之重力輔助熱管。當(dāng)具有吸液芯的熱管處于冷凝段在加熱段上方位置時，熱管就將按重力輔助熱管方式運(yùn)行。

上述的幾種熱管型式，熱量的輸送方向都是沿著軸向。在作為換熱器使用時，冷、熱兩側(cè)必須分開，設(shè)備體積及占地空間大。而另一種熱管型式一徑向熱管，熱量的輸送方向沿著管的半徑方向，徑向熱管在結(jié)構(gòu)上為雙管結(jié)構(gòu)，它包含外管、內(nèi)管和翅片三部分（同時還有抽真空的接頭），如圖3.80所示。在外管和內(nèi)管的環(huán)隙被抽真空后充填工質(zhì)，熱流體的熱量由外管翅片和外管壁傳給工質(zhì)，工質(zhì)受熱后蒸發(fā)沿環(huán)隙徑向流動，與內(nèi)管外壁熱交換后冷凝。冷凝液由重力作用返回外管內(nèi)壁，內(nèi)管流過被加熱的冷流體，如此反復(fù)循環(huán)通過工質(zhì)的相變實(shí)現(xiàn)熱量的高效傳遞。可見，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，徑向熱管的吸熱段和放熱段分別是外管和內(nèi)管，外管與內(nèi)管之間的環(huán)隙是熱管的工作空間，也就是工質(zhì)吸熱汽化并進(jìn)行熱量輸送的空間，從而形成熱量的輸送方向沿著內(nèi)、外管的半徑方向。因?yàn)橛羞@一特點(diǎn)，使得作為鍋爐省煤器等使用時設(shè)備緊湊。

由上可見，熱管是一種依靠管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)、凝結(jié)和循環(huán)流動而傳遞熱量的部件。由于蒸發(fā)、凝結(jié)的熱阻很小及蒸汽流動的溫降也很小（因壓降很小），熱管就可以在小溫差下傳遞很大的熱流，傳熱效率高。管內(nèi)沒有運(yùn)動部件，運(yùn)行可靠。熱管外表面常具有翅片，單位體積的換熱面積大，使整臺熱管換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊，且通道簡單，管外流動的壓力損失較小。所以，應(yīng)用前景廣闊。