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渠氏传热技术的作用 东方锅炉2003年第1期 渠氏传热技术的作用 西安交通大学许晋源 摘要本文从传热学的角度对渠氏传热技术(或称无机传热技术,supertube)的作用进行了搽讨,认为渠氏传热 技术是可信的新技术.国家科技部已支持推广渠氏传热技术.文末展望了渠氏传热技术在各种工业的前景. 1对热管的回顾【lj 热管,或按其第一代工质称为水热管,是 基于水沸腾和凝结时的传热万分强烈这一特 性的.人们不禁要问,在常见的气—气换热器 中,加入一个热管作为中间环节(虽然热管的 热阻极小,但是它毕竟是一个额外的热阻.) 为什么能强化换热器的传热功能? 管壁和气体之间的放热系数比较小,也就 是热阻较大,肋化(an装翅片)可以减小热阻. 但是管外肋化还有可能,管内肋化相当困难. 如果用了热管,在两种载热媒体之间增加了一 层中间环节,热冷两种气体都在热管管外与管 内的沸腾和凝结水传热,于是都变成了管外传 热,都可以用肋化来强化传热.所以热管的应 用使肋化成为了可能,而肋化又大大强化传 热. 热管的管壁温度很均匀.自加热段的端部 到冷却(指与冷气体进行热交换)段的端部, 管壁温度差不超过IOC,而且只要对加热段和 冷却段的长度加以调整,还可以控制管壁温 度,这样就可以减轻气体对管壁的腐蚀以及充 分利用管壁材料的耐热性能. 热管万一漏泄,不会使热冷两股气体混合 而造成如回转式空气预热器所发生的那种漏 风.但是也应该注意到,如果热管制造质量不 高,漏泄失效的热管数过多,整个热管换热器 工作也要失效.这也是常见的. 热管内的沸腾——凝结的热阻几乎是零, 曾被视为超导.当然这种传热学上的超 导只是一种从导电性的超导借用来的通俗比 喻,不必细究. 2渠氏传热技术 美国Qu新能源研究所发明了一种传热技 术,并在大连开发区独资开设了熵立得传热技 术有限公司生产这种新一代的热管,商业E称 为超导管(supertube).该产品已在我国热管 市场上占得一定份额.国家科技部2000年l2 月在北京召开会议推广. 这种超导管内没有封入足量的水而形成 沸腾与凝结过程.即使存有微量水,根据实验 结果(温度和压力测量数据),这些水处于过 热汽状态.所以不象常规的水热管那样,超导 管的高强度传热必然基于一种新颖的机理. 这种超导管已受到美国,欧盟,日本,加 拿大,韩国等的专利保护. 超导管制造时抽成真空,然后装入含有 钴,锰,铍,锶等元素的无机传热工质. 美国斯坦福研究院(S),华南理工大学 (蒋中坚)和台湾工业试验研究所曾对这种超 导管作了测试. 超导管的传热能力非常强,也就是说,它 的极限热流密度非常高.一般无论实验室或工 程实际中很难遇到与它匹配的管外放热,那样 才能使超导管的传热能力得到充分发挥,也就 是说,实际使用时热流密度往往远低于其极限 值.传热能力的一个指标是轴向热流密度,即 分摊到每单位横截面积的热通量,也就是超导 管或热管沿轴线方向每单位内截面积的传热 东方锅炉2003年第1期17 率.根据实验结果,超导管极限轴向热流密度 在27.2MW/m以上,这只是迄今为止已有成 功经验的最高记录.如果把50MW机组锅炉 的过热器蛇形管的一段直管(一匝的一半)设 计成超导管,那么其轴向热密度为l5～ 25MW/m.可见,超导管即使工作于热负荷极 高的过热器区,也是有可能的. 另一个指标是径向热流密度,即超导管管 壁表面上的单位表面积上的热通量.它就等于 总传热系数乘上温压的乘积,或者等于管壁表 面放热系数乘上气流和壁面的温差的乘积.超 导管的极限径向热流密度的最高记录为 157.8KW/m.与此对照,上述锅炉过热器的 径向热流密度为2l～28Kw,m. 根据SRI测定,超导管的传热热阻极小. 如设想成同一外尺寸的圆柱体,其等效热导率 为银的25000—32000倍.大家知道,银的热导 率是各种金属中最高的,其值为415W/mK. 超导管的等效热导率又比水热管大,约为 3.2.;--4.17倍. 超导管,也象水热管一样,具有管壁温度 均匀和可控性,并且这些优点由于等效热导率 更大而更为突出. 超导管的传热机理还没有搞清楚,这也是 不奇怪的.我们知道,热辐射是一种电磁波, 其真实本性究竟是波还是量子,至今也没有完 全清楚.但是热辐射的基本规律已经熟知,工 程师们可以根据这些基本规律设计炉膛及其 内受热面.似乎我们也不大关心热辐射的真实 本性了. 当然,笔者作为一名老教师,仍醉心于摸 索超导管的传热机理. 关于超导管的传热机理,笔者听到过多种 假设,例如,微量水的沸腾一凝结;无机元素 构成的具有良好吸热特性的导热层等等. 笔者认为,科学的发展一般总是遵循着继 承和创新的规律.人类固然会发现新现象, 但还要从已有的科学来解释新现象,深化对它 的认识,进而掌握其真实特性.