论文部分内容阅读
青藏铁路是世界上海拔最高、线路最长的高原铁路，沿线高寒缺氧，冻土广布，为保证路基的稳固度，青藏铁路冻土段采用了一种“热管”来进行路基冷却，效果奇特而且特别安全。那么，这是什么新奇的技术呢?你可能想不到，这种“热管”原来是从航天技术“下凡”而来的呢!
宇航器遇到的难题
在茫茫太空中航行的飞行器——人造卫星、太空航天站、宇宙飞船和航天飞机，都遇到一个共同的“冷热”难题，那就是航天器面向太阳的一侧受到太阳的直接照射，温度很高，而背向太阳的那一侧温度很低。由于太空中几乎没有空气，不可能通过空气来调节温度，因此，航天器两侧的温度差可以达到27℃。尽管航天器的材料是经过特殊处理的，但仍然承受不了这么大的温差。容易变形。这对航天器来说，是极其危险的。尤其是航天器运动极快，不断变化方向，向阳面和背阴面也在变化，这种“冷热不均”的情况更加严重。
为了消除航天器在太空因严重“冷热不均”带来的危险，经过长时间的研究，美国洛斯，阿洛莫斯国家实验室的科学家们于1964年发明了一种神奇的“热管”换热器。这种“热管”可以连续不断地把面向太阳一侧机身的热量，迅速引到背向太阳一侧的机身，使航天器两侧的温差降到44℃以下。
“热管”的原理
如此神奇的“热管”，它的原理却并不深奥。医生给我们打针前，一定要用酒精消毒，涂在皮肤上的酒精很快就会蒸发掉，同时这块皮肤会感到十分凉爽。这是因为液体蒸发时要从周围的物体吸收一定的热量。我们知道，液体达到沸点以后，如果继续吸收热量，本身温度并不再升高，所吸收的热量会使液体转变成气体。比如。1克100℃的水要变成100℃的蒸气，需要吸收539卡热量。反过来，气体变为液体时也要放出热量。“热管”就是利用液体蒸发制冷吸热和冷凝放热，使热量得以快速传导。
“热管”的工作过程也不复杂：当“热管”一端受热时，吸液芯里的介质就会蒸发，这端就叫做“蒸发端”；介质在汽化时会吸收大量的热，蒸气沿着“热管”中间的通道跑到另一端——冷凝端时，会遇冷凝结成液体，放出同样多的热；冷凝以后的液体介质会很快渗进吸液芯里，由于毛细管作用，重又回到蒸发端。只要“热管”两端温度相差几度，介质就可以在管内反复循环，将热量迅速地从蒸发端传到冷凝端。
“热管”的结构
“热管”是一个封闭的系统，它是一根密封的环形金属管，管壳内衬垫一层多孔材料——吸液芯。吸液芯里面灌有容易蒸发的液体，叫工作介质。同时，“热管”需要抽去管内的空气，使管内没有空气的压力，这样，液体介质在受热时才很容易变成蒸气。
在金属中，铜和银的导热能力最强，而“热管”的导热效率更高，热传导系数比铜和银高上千倍呢!一根直径25毫米(相当于普通自来水管粗细)的“热管”，传热的效果跟直径2.7米的铜棒差不多，是名副其实的导热冠军!
按照管内工作温度不同，“热管”可分为低温热管、常温热管、中温热管、高温热管等。结构依传导热量及温度的不同而异。目前已制成的“热管”有用黄铜、镍、不锈钢、钨及其他合金做外壳的。“热管”工作液的种类更多，包括钾、钠、铟、铯、锂、铋、水银、水、酒精、丙酮、冷冻剂(氟里昂等)、液态氮、液态氧及其他一些无机盐等。“热管”的外壳及其工作液的选择都视“热管”的应用情况而定。例如在1000℃以上的高温时，“热管”内部多用钾、钠等液态金属，但“热管”用于190℃左右的环境时，内部则多用液态氮等。
“热管”体积小、重量轻、结构简单，形式及型体尺寸灵活多样，不用配备马达等动力传动设备，因此噪声低、使用寿命很长。“热管”的使用范围广泛，在253℃低温到2300℃高温之间的环境中都可导热，甚至还可以在有毒的恶劣环境中默默地工作，这些优点几乎可使“热管”取代所有的热传导装置。
“热管”与节能
“热管”技术开始被应用在宇航行业，由于“热管”在空间应用的神奇功效，“热管”很快便如同仙女下凡一样，开始广泛地应用于冶金、化学、石化、电力、轻纺和机械等众多领域，尤其在节能和环保等领域大显身手。
1969年科学家研制成功“带翅片热管束”的空气加热器，用来回收工业排气中的热能。“热管”技术以其高效的传热性，为节能和环保找到了一条新路，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式。在其他领域，“热管”也显示出越来越重要的作用。例如，现代电气化的主角——电动机的转速越来越高，产生的热量也越来越多，如果散热不及吋，就有烧毁电动机的危险!普通电动机一般用气冷或水冷设备对转子进行冷却，效率低，冷却部件体积大，整个电机显得粗大笨重，而且往往噪声大，污染环境。而利用“热管”对转子进行冷却，不但效率高，电动机的辅助设备体积小，而且使用寿命延长了，成本也有所降低。
(编辑 孙世奇)
宇航器遇到的难题
在茫茫太空中航行的飞行器——人造卫星、太空航天站、宇宙飞船和航天飞机，都遇到一个共同的“冷热”难题，那就是航天器面向太阳的一侧受到太阳的直接照射，温度很高，而背向太阳的那一侧温度很低。由于太空中几乎没有空气，不可能通过空气来调节温度，因此，航天器两侧的温度差可以达到27℃。尽管航天器的材料是经过特殊处理的，但仍然承受不了这么大的温差。容易变形。这对航天器来说，是极其危险的。尤其是航天器运动极快，不断变化方向，向阳面和背阴面也在变化，这种“冷热不均”的情况更加严重。
为了消除航天器在太空因严重“冷热不均”带来的危险，经过长时间的研究，美国洛斯，阿洛莫斯国家实验室的科学家们于1964年发明了一种神奇的“热管”换热器。这种“热管”可以连续不断地把面向太阳一侧机身的热量，迅速引到背向太阳一侧的机身，使航天器两侧的温差降到44℃以下。
“热管”的原理
如此神奇的“热管”，它的原理却并不深奥。医生给我们打针前，一定要用酒精消毒，涂在皮肤上的酒精很快就会蒸发掉，同时这块皮肤会感到十分凉爽。这是因为液体蒸发时要从周围的物体吸收一定的热量。我们知道，液体达到沸点以后，如果继续吸收热量，本身温度并不再升高，所吸收的热量会使液体转变成气体。比如。1克100℃的水要变成100℃的蒸气，需要吸收539卡热量。反过来，气体变为液体时也要放出热量。“热管”就是利用液体蒸发制冷吸热和冷凝放热，使热量得以快速传导。
“热管”的工作过程也不复杂：当“热管”一端受热时，吸液芯里的介质就会蒸发，这端就叫做“蒸发端”；介质在汽化时会吸收大量的热，蒸气沿着“热管”中间的通道跑到另一端——冷凝端时，会遇冷凝结成液体，放出同样多的热；冷凝以后的液体介质会很快渗进吸液芯里，由于毛细管作用，重又回到蒸发端。只要“热管”两端温度相差几度，介质就可以在管内反复循环，将热量迅速地从蒸发端传到冷凝端。
“热管”的结构
“热管”是一个封闭的系统，它是一根密封的环形金属管，管壳内衬垫一层多孔材料——吸液芯。吸液芯里面灌有容易蒸发的液体，叫工作介质。同时，“热管”需要抽去管内的空气，使管内没有空气的压力，这样，液体介质在受热时才很容易变成蒸气。
在金属中，铜和银的导热能力最强，而“热管”的导热效率更高，热传导系数比铜和银高上千倍呢!一根直径25毫米(相当于普通自来水管粗细)的“热管”，传热的效果跟直径2.7米的铜棒差不多，是名副其实的导热冠军!
按照管内工作温度不同，“热管”可分为低温热管、常温热管、中温热管、高温热管等。结构依传导热量及温度的不同而异。目前已制成的“热管”有用黄铜、镍、不锈钢、钨及其他合金做外壳的。“热管”工作液的种类更多，包括钾、钠、铟、铯、锂、铋、水银、水、酒精、丙酮、冷冻剂(氟里昂等)、液态氮、液态氧及其他一些无机盐等。“热管”的外壳及其工作液的选择都视“热管”的应用情况而定。例如在1000℃以上的高温时，“热管”内部多用钾、钠等液态金属，但“热管”用于190℃左右的环境时，内部则多用液态氮等。
“热管”体积小、重量轻、结构简单，形式及型体尺寸灵活多样，不用配备马达等动力传动设备，因此噪声低、使用寿命很长。“热管”的使用范围广泛，在253℃低温到2300℃高温之间的环境中都可导热，甚至还可以在有毒的恶劣环境中默默地工作，这些优点几乎可使“热管”取代所有的热传导装置。
“热管”与节能
“热管”技术开始被应用在宇航行业，由于“热管”在空间应用的神奇功效，“热管”很快便如同仙女下凡一样，开始广泛地应用于冶金、化学、石化、电力、轻纺和机械等众多领域，尤其在节能和环保等领域大显身手。
1969年科学家研制成功“带翅片热管束”的空气加热器，用来回收工业排气中的热能。“热管”技术以其高效的传热性，为节能和环保找到了一条新路，使得人们改变了传统散热器的设计思路，摆脱了单纯依靠高风量电机来获得更好散热效果的单一散热模式。在其他领域，“热管”也显示出越来越重要的作用。例如，现代电气化的主角——电动机的转速越来越高，产生的热量也越来越多，如果散热不及吋，就有烧毁电动机的危险!普通电动机一般用气冷或水冷设备对转子进行冷却，效率低，冷却部件体积大，整个电机显得粗大笨重，而且往往噪声大，污染环境。而利用“热管”对转子进行冷却，不但效率高，电动机的辅助设备体积小，而且使用寿命延长了，成本也有所降低。
(编辑 孙世奇)