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國內(nèi)熱管的應(yīng)用及處理 |
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利用太陽能作為能源的空調(diào)系統(tǒng)，它的誘人之處在于越是太陽能輻射強(qiáng)烈的時(shí)候，環(huán)境氣溫越高，人們的生活越需要空調(diào)，此時(shí)太陽能空調(diào)的制冷能力就越強(qiáng)。這是人和自然和諧的理想境界。
從理論上講，太陽能空調(diào)的實(shí)現(xiàn)有兩種方式：一是先實(shí)現(xiàn)光-電轉(zhuǎn)換，再用電力驅(qū)動(dòng)常規(guī)壓縮式制冷機(jī)進(jìn)行制冷；二是利用太陽能的熱能驅(qū)動(dòng)進(jìn)行制冷。對(duì)于前者，由于大功率太陽能發(fā)電技術(shù)的昂貴價(jià)格，實(shí)用性較差，因此，太陽能空調(diào)技術(shù)一般指熱能驅(qū)動(dòng)的空調(diào)技術(shù)。在我國，以熱管技術(shù)為主要技術(shù)基礎(chǔ)之一的太陽能熱水器產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，使得我國成為世界上最大的太陽能產(chǎn)銷國。由于規(guī)模效應(yīng)，不僅我國太陽能集熱技術(shù)居于世界前列，生產(chǎn)成本也有了大幅度的下跌，這就為太陽能空調(diào)邁入實(shí)用化和推廣普及奠定了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。在國內(nèi)，有許多科技工作者在這一領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究，并取得了成果。
熱管技術(shù)在地?zé)豳Y源開發(fā)中的應(yīng)用
我國地?zé)豳Y源極為豐富，全國已發(fā)現(xiàn)地?zé)狳c(diǎn)3200多處，打成的地?zé)峋?000多眼，高溫地?zé)嶂饕植荚谖鞑啬喜亢驮颇衔鞑浚責(zé)岚l(fā)電主要在西藏，已裝機(jī)25MW，已運(yùn)行20年，可滿足拉薩地區(qū)45%~50%的電力需求。近幾年發(fā)展最快的是中、低溫地?zé)崂萌绮膳⑾丛 ⑨t(yī)療、旅游、種養(yǎng)業(yè)等。地?zé)岵膳寻l(fā)展到800萬m2，天津市已達(dá)到500萬m2，隨著對(duì)環(huán)境的重視，北京地區(qū)也在加強(qiáng)規(guī)劃。在地?zé)豳Y源的開發(fā)中，熱管技術(shù)大有作為。
日本專家對(duì)利用長(zhǎng)熱虹吸管提取地?zé)崮苓M(jìn)行了研究，對(duì)熱虹吸管中流體流動(dòng)和傳熱特性的理論研究預(yù)測(cè)結(jié)果是：當(dāng)熱虹吸管全長(zhǎng)為1500m，受熱段長(zhǎng)度100m，外管內(nèi)徑為10cm時(shí)，其臨界地?zé)崮芴崛÷使烙?jì)為：提取的蒸汽溫度100~200℃，總傳熱系數(shù)0~2000W/m2.K。
美國西弗吉尼亞，日本長(zhǎng)野等地通過熱管技術(shù)利用地下5~20m深處的地?zé)崛诨＼噲?chǎng)、高速公路收費(fèi)處、加油站等地面積雪，效果良好。而過去常采用在道路下面埋設(shè)管子，用循環(huán)熱水融雪，因而能耗大，運(yùn)行費(fèi)用高。
日本專家還進(jìn)行了熱虹吸管提取的地?zé)崮転槎緶厥壹訜岬膶?shí)驗(yàn)研究，并進(jìn)行了西紅柿種植試驗(yàn)。結(jié)果表明：使用熱管與不使用熱管相比較，室溫提高2~9℃，而且，室外溫度越低，溫差越大；西紅柿的生長(zhǎng)速度也可快一倍。在供熱性能方面，使用熱管的溫室可以和燒油的溫室媲美。
發(fā)展高科技農(nóng)業(yè)，實(shí)施立體化種植、工廠化生產(chǎn)是未來農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。我國是一個(gè)人均耕地較少的國家，人均可耕地不及印度，居世界后列；我國各地氣候差異很大，因此發(fā)展立體種植并強(qiáng)化反季節(jié)蔬菜等的生產(chǎn)就成為必然的選擇。資料統(tǒng)計(jì)表明：溫室化生產(chǎn)中，燃料的成本占總成本的比例達(dá)32.2%。如果減少這部分費(fèi)用，則利潤(rùn)率將有一個(gè)飛躍，因此尋求投資少的熱源就顯得非常重要。經(jīng)過30多年的發(fā)展，大規(guī)模應(yīng)用熱管的技術(shù)已經(jīng)成熟，從目前熱管的傳輸功率來看，利用熱管將地?zé)豳Y源傳送至溫室是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。而且，這種傳熱本身就可省掉用于產(chǎn)生熱源的鍋爐及配套的熱水系統(tǒng)的投資
由傳熱學(xué)知識(shí)可知，增加散熱面積意味著在寬度變化不大的情況下要增加翅片的長(zhǎng)度，然而過度增長(zhǎng)翅片長(zhǎng)度不但會(huì)增大散熱空間還會(huì)造成翅片肋效率降低。
如果一味的增加翅片的長(zhǎng)度或者減小翅片的厚度，雖然增大了實(shí)際翅片面積A，但是由于肋效率減小，有效傳熱面積有可能減小。所以傳統(tǒng)的散熱器存在著散熱極限，在電子元件散熱量飛速增長(zhǎng)下已不能滿足要求。然而，對(duì)于熱管散熱器就不存在這樣的問題，使用熱管散熱器的電器器件的絕大部分熱量通過基板傳遞到熱管，由熱管將熱量帶到散熱翅片，使得分配到各翅片的熱流密度比較平均，這樣肋長(zhǎng)短，肋效率高，有效散熱面積大，而且布置更加靈活，可以將熱量通過熱管帶到更加合適的地方散熱，使得熱管散熱器不但能夠勝任高熱流密度電子元器件，更重要的是可以適應(yīng)復(fù)雜惡劣的運(yùn)行環(huán)境。
電子器件產(chǎn)生的熱量通過熱管散熱器基板以熱傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞到熱管的蒸發(fā)端，熱管內(nèi)工質(zhì)吸收熱量汽化，等溫飽和蒸汽通過絕熱段到達(dá)冷凝段，以導(dǎo)熱的方式將熱量傳遞到熱管外壁和外壁上的金屬翅片，然后以自然對(duì)流或者強(qiáng)迫對(duì)流的方式將熱量散發(fā)到空氣中。熱管散熱器簡(jiǎn)化模型下面我們從基板的導(dǎo)熱、由基板向熱管冷端的傳熱以及熱管的熱端散熱三方面進(jìn)行討論研究。
基板的導(dǎo)熱由電子器件傳到基板上的熱量Q一部分傳導(dǎo)到散熱翅片散到空氣中Q1，一部分由熱管帶走Q2，基板本身的對(duì)流散熱忽略。由基板傳到翅片的散熱過程為一維穩(wěn)態(tài)常物性的導(dǎo)熱過程，將由熱管帶走的熱量做內(nèi)熱源處理。 | |
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