热管及热管换热器技术总结.ppt

余热锅炉原理;;; 热管及热管换热器; 2 热管工作原理; 热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制造。在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与管壳不发生化学反应，不产生气体。 管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、钽或玻璃、陶瓷等。管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。; ; 2.3 热管的传热 热管在实现其热量转移过程中，包含了六个相互关联的主要过程： ① 热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到液—汽分界面 ② 液体在蒸发段内的液—汽分界面上蒸发 ③ 蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段到冷凝段 ④ 蒸汽在冷凝段内的汽—液分界面上凝结 ⑤ 热量从汽—液分界面通过吸液芯、 液体和管壁传给冷源 ⑥ 在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后工作液体回流到蒸发段 ;热管内质量流、压力和温度分布;热管工作过程动画; 4 两相闭式热虹吸管——重力热管、热虹吸管 与有芯热管的区别在于冷凝液回流的机理不同 热虹吸管是依靠冷凝液自身重力回流 有芯热管是依靠毛细抽吸力使冷凝液回流 ① 重力热管的特点： * 不需要吸液芯，制作简单，成本低廉 * 减少了吸液芯本身产生的热阻， ——具有良好的传热性能 * 一切由吸液芯引起的故障，均可避免， ——工作可靠 ;②重力热管应用场合： 只能应用于重力场中，而不能用于空间（无重力场）； 只能将热管的下部作为加热段，而上部作为冷凝段； 主要用于传热，不能用于均温； 可以作为热二极管。 根据重力热管具有的特点，国内作为余热回收用的热管换热器大多数采用这种形式的热管。; 5 热管分类 按照热管管内工作温度分： 低温热管(-273～0℃)、常温热管(0～250℃)、中温热管(250～450℃)、 高温热管(450～1000℃)。 按照工作液体回流动力分： 有芯热管、两相闭式热虹吸管(又称重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、 电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管。 按管壳与工作液体的组合方式分： 铜-水热管、碳钢-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管。 按结构形式分: 普通热管、分离式热管、毛细泵回路管、微型热管、平板热管、径向热管 按热管的功用分: 传输热量的热管、热二极管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管 ; 6 热管的相容性及寿命 相容性指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化。影响热管寿命及工作的重要因素之一产生不凝性气体; 7 总结热管的重要特点 *高导热性——热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。 当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，不可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限。 *良好的等温性——热管内腔的蒸汽是处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。 ;*热流密度可变性——热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量， 而以较小的冷却面积输出热量， 这样即可以改变热流密度， 解决一些其他方法难以解决的 传热难题。;*热二极管与热开关性能——热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。;*环境适应性——热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的以适应长距离或冷热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面（重力场），也可用于空间（无重力场）。 ;8 热管的工程应用;气——气式热管换热器;8.3 热管低温桩（形成永冻土）;热管稳定青藏铁路冻土路基 国家重大建设工程，也是世界上最著名的工程之一。 青藏铁路格尔木至拉萨段全长1142公里，连续多年冻土区有547公里。 冻土层冬季冻结夏季消融，建设于冻土之上的铁路会扭曲变形导致灾难。 利用热管单向导热性，形成永久的冻土层，解决青藏铁路冻土变形最有效 而经济的??法。;8.4