熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

楊曉明（重慶民豐化工有限責(zé)任公司 402660）

一、前言

熱管具有良好的導(dǎo)熱性能，因此能夠快速的將熱能進(jìn)行傳遞，并且熱管基本上沒(méi)有熱損耗，所以其被稱為傳熱超導(dǎo)體。熱管的導(dǎo)熱系數(shù)很高，是目前應(yīng)用較多的傳熱設(shè)備。最初其應(yīng)用范圍比較狹窄，但由于其具有安全可靠、傳熱性能好、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，其逐漸被應(yīng)用于多方面領(lǐng)域，比如航空航天、鍋爐等等[1]。熱管技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展受到了高度重視，特別是在熱能工程中的應(yīng)用，為熱能工程的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

二、熱管技術(shù)的原理及其特點(diǎn)

1.熱管技術(shù)的原理

在加熱過(guò)程中，管芯內(nèi)的工質(zhì)會(huì)蒸發(fā)放熱，蒸汽帶走熱量流向冷凝段，蒸汽就會(huì)冷凝為液態(tài)，并且過(guò)程中會(huì)放出大量熱量，管芯提供的毛細(xì)作用力會(huì)使液態(tài)工質(zhì)回流到蒸發(fā)段。從而整個(gè)過(guò)程就形成了一個(gè)閉合循環(huán)回路，使得熱量能夠基本完全從加熱段傳到散熱段。將熱管立式放置時(shí)，冷卻段在上層，加熱段在下層，液體直接靠重力作用就可以進(jìn)行回流，不需要毛細(xì)結(jié)構(gòu)的管芯提供毛細(xì)作用力，這樣的熱管叫做熱虹吸管。熱虹吸管被廣泛應(yīng)用于熱能工程中。

2.熱管技術(shù)的特點(diǎn)

（1）恒溫

可變導(dǎo)熱管可以實(shí)現(xiàn)冷熱源的恒溫，也就是說(shuō)當(dāng)熱源溫度發(fā)生巨大變化時(shí)，可以保持冷凝段液體溫度不變，或者保持熱管溫度不變，使其不隨熱源的溫度變化而變化[2]。這種恒溫特性是很多其他換熱方式所不能取代的，比如說(shuō)當(dāng)利用汽車尾氣對(duì)乘客車廂進(jìn)行加熱時(shí)，熱源的熱負(fù)荷及排氣溫度都會(huì)隨著汽車的情況變化而有所變化，但是又要求冷凝段或者熱源溫度保持不變，這時(shí)就可以通過(guò)熱管技術(shù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，有效的解決了這一問(wèn)題。

（2）傳熱效率高

在換熱器中，熱管是重要的傳熱介質(zhì)，與同質(zhì)量的其他金屬相比，傳熱量更大。同時(shí)，其傳熱效率可達(dá)85%以上，可以有效的進(jìn)行余熱回收，還可以有效的利用其他低品位熱源，比如太陽(yáng)能、地?zé)崮艿鹊?。采暖空調(diào)系統(tǒng)之間的溫差如果不能很好的回收，就會(huì)造成大量的熱量損耗，熱管技術(shù)就可以很好的解決這一問(wèn)題，將其余熱進(jìn)行最大程度的回收利用。

（3）適應(yīng)性強(qiáng)

熱管的加熱段與冷凝段結(jié)構(gòu)與位置布置易于控制，可以有效實(shí)現(xiàn)熱源分離；換熱設(shè)備的受熱與放熱部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與位置布置也較靈活，可以很好的控制熱源的分離距離，使其能夠達(dá)到實(shí)際需要以及符合所采用的熱管性能。其距離可以定在很大的范圍內(nèi)，少到幾十厘米，大到一百多厘米，充分實(shí)現(xiàn)冷熱液體之間的零泄漏。熱管可以很好適應(yīng)溫差的變化，并可以有效平衡溫差。

三、熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

1.熱管技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用[3]

熱管技術(shù)所采用的換熱器能夠很好的將熱管內(nèi)液體的熱量通過(guò)蒸發(fā)及冷凝進(jìn)行傳熱，其特點(diǎn)主要有：第一，采用逆流換熱，具有較高的傳熱效率；第二，冷熱流體嚴(yán)格分開(kāi)，無(wú)泄漏現(xiàn)象出現(xiàn)，并且不會(huì)因?yàn)橐欢藫p壞而影響兩端液體的質(zhì)量；第三，熱管之間相互獨(dú)立工作，互不影響，便于拆卸與更換。將熱管技術(shù)應(yīng)用于鍋爐中，實(shí)際操作就是用熱管換熱器取代原本使用的空氣預(yù)熱器，有效解決以往出現(xiàn)的堵灰及腐蝕等問(wèn)題。熱管在煙氣側(cè)的管壁溫度是均勻的，熱管的冷熱段大小的控制可以很好的控制管壁溫度，使之高于煙氣的酸露點(diǎn)與水蒸氣露點(diǎn)，免腐蝕的發(fā)生。萬(wàn)一管壁溫度沒(méi)有控制好，使得管外表面的煙氣疏松而干燥，熱管換熱器只要設(shè)計(jì)一定的煙速就可以使煙氣有自吹灰作用，防止堵灰。熱管換熱器因其本身的技術(shù)參數(shù)中漏風(fēng)系數(shù)為零，所以可以有效防止漏風(fēng)現(xiàn)象。

2.熱管技術(shù)在余熱回收中的應(yīng)用

熱管技術(shù)還可應(yīng)用于余熱回收中，比如紡織業(yè)等，這在很大程度上解決了能源浪費(fèi)的現(xiàn)象。在紡織業(yè)中，熱管將余熱進(jìn)行回收，然后送往固定的裝置中，以便循環(huán)利用。在這一過(guò)程中，熱管安裝在廢氣排出口，廢氣排出的同時(shí)就可以進(jìn)行余熱回收，避免了損失，達(dá)到最佳效果。此外，鮮風(fēng)通過(guò)定型機(jī)負(fù)壓作用進(jìn)入熱管的蒸發(fā)段，吸收熱量后被送往傳熱管的新風(fēng)段，最后送往定型機(jī)烘箱的散熱器，從而余熱回收工作完成。這一過(guò)程不僅簡(jiǎn)單，而且也為紡織業(yè)回收了大量余熱，使其能夠循環(huán)利用，在很大程度上節(jié)約了能源成本，同時(shí)，也防止了能源浪費(fèi)。

3.熱管技術(shù)在其他方面的應(yīng)用

熱管技術(shù)在其他方面的應(yīng)用也有很多，比如航空航天、道路交通等。將熱管安裝到航天器中，蒸發(fā)段面對(duì)太陽(yáng)，冷凝段背對(duì)太陽(yáng)，蒸發(fā)段吸收太陽(yáng)的大量熱量，其內(nèi)部的工作介質(zhì)蒸發(fā)后將熱量傳送到冷凝段，在冷凝段釋放熱量后再次回到蒸發(fā)段，再次進(jìn)行循環(huán)，這樣可以實(shí)現(xiàn)航天器兩側(cè)溫度的平衡，避免因溫差大而導(dǎo)致系統(tǒng)故障[4]。在我國(guó)北方地區(qū)，溫度較低，土壤處于凍土狀態(tài)，每初夏，溫度升高，凍土層自下而上融化，這樣就會(huì)形成翻涌導(dǎo)致鐵路路基松懈，而引發(fā)列車脫軌等嚴(yán)重交通事故。應(yīng)用低溫?zé)峁苁墙鉀Q這一問(wèn)題的有效措施。不論是在寒冷季節(jié)還是在溫暖季節(jié)，凍土層中的低溫?zé)峁芏伎梢云鸬胶芎玫恼{(diào)節(jié)作用，平衡凍土層與空氣的溫度，將熱量進(jìn)行相互間傳遞，保證兩者間的溫度不至于相差太大，避免出現(xiàn)翻涌現(xiàn)象。

結(jié)語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類對(duì)能源的利用也在不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)能源也在不斷減少，將熱管技術(shù)應(yīng)用于熱能工程中，不僅可以實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用，還可以為國(guó)家節(jié)約大量能源，為能源的充分有效利用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是，由于技術(shù)水平有限，在大力發(fā)展熱管技術(shù)的同時(shí)，還是會(huì)或多或少的出現(xiàn)一些技術(shù)上的難題，因此，科研人員應(yīng)該繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行研究，解決熱管技術(shù)所存在的難題，使其能夠更好的為熱能工程所利用，同時(shí)也使得熱管技術(shù)能夠得到快速發(fā)展。

[1]高宏偉.王曳．熱管技術(shù)在熱能程中的應(yīng)用特點(diǎn)[J]．活力，2010,（10）：22-26.

[2]楊志光.淺談熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用[J].赤子，2012,（1）：136-139.

[3]龔旻.應(yīng)用熱管技術(shù)提高鍋爐熱效率[J].上海鐵道科技2010,（2）：89-93.

[4]李強(qiáng).熱管技術(shù)在工程中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012,（31）：111-113.