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热管式集热管的工作原理

热管式集热管的工作原理

  当阳光射在真空管内的吸热片上,热管内的工质受热沸腾汽化,蒸汽不断冲向顶部的冷凝端,在冷凝端冷凝变成液体,冷凝的工质沿管壁流回热管的蒸发段,完成一个循环。这种在一端吸热汽化而在另一端凝结放热,通过内部相变实现热量传递的热管,习惯称为重力热管。热管的内部没有吸热芯,凝结的液体从凝结段回流到蒸发段是依靠凝结液自身的重力,不需要外部动力而自动循环,这就是热管式真空管的集热过程。由于热管是依靠重力使工质循环的,在使用中必须将蒸发段置于凝结段的下方。若蒸发段置于凝结段的上方,重力对凝结液的回流会起阻碍作用,这时没有动力使凝结液返回到蒸发段,热管就不能工作。所以热管也可以称之为单向传热的热二极管。热管的这种特性非常适用于太阳能集热器,它可以将吸收的太阳能热量传送至水箱,将水加热,而反向不可逆。也就是说,白天吸热,晚上不放热。这对减少集热器的热损失,提高集热器的保温性能是十分有益的。

  于热管主要依靠工质相变时吸收和释放潜热以及蒸汽流动传输热量,而大多数工质的汽化潜热是很大的,因此不需要很大的蒸发量就能传递大量的热。当蒸汽处于饱和状态,其流动和相变时的温差很小,而管壁又比较薄,故热管的表面温度梯度很小。当热流密度很低时,可以得到高度等温的表面,提高导热系数。热管的安装倾角对传热性能有一定的影响。对于一定的充液比,当倾角较小时,传热率随倾角的变化迅速上升;当超过某一倾角时,传热率的变化变得很平坦,倾角对传热率的影响较小。当倾角为20°~ 45°时,传热效率最高,其中以 40°时为最佳。热管安装倾角范围由当地地理纬度决定,而在我国境内,从广州到哈尔滨的纬度为N23°~N45°,倾角均在传热效率高的范围内,这对于热管作为集热器是十分有利的,可以最大限度地提高热管的传热效率。热管具有启动工作温度低、热损少、管内不结垢、不炸管、全年使用不结冻、集热效率高、使用寿命长等特点。

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