熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

摘 要：在我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展、科技水平不斷提高的背景下，熱管技術(shù)越來越受到人們的重視。熱管具有使用截面小、導(dǎo)熱性能較好并且可以大量的產(chǎn)生熱能等特點(diǎn)，因此，在熱能工程領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。文章通過簡要闡述熱管技術(shù)的原理、特點(diǎn)等方面內(nèi)容，對(duì)于熱管技術(shù)在熱能工程中的主要應(yīng)用范圍以及需要注意的問題進(jìn)行了簡要分析。通過提升熱管技術(shù)在熱能工程領(lǐng)域中的應(yīng)用效果，可以在一定程度上使熱能工程得到進(jìn)一步的發(fā)展，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：熱管技術(shù)；原理；熱能工程；價(jià)值

引言

盡管鋁、柴銅、銀等金屬的導(dǎo)熱性較好，但是與熱管相比，它們的導(dǎo)熱系數(shù)很低。因此，熱管因其自身具有良好的導(dǎo)熱性能，成為目前應(yīng)用較多的傳熱設(shè)備。與此同時(shí)，熱管的工作狀態(tài)比較穩(wěn)定、具有很好的安全性并且使用時(shí)間長。一方面可以有效實(shí)現(xiàn)熱能的有效流動(dòng)，另一方面還可以在很大程度上節(jié)約能源、降低成本，因此，在熱能工程領(lǐng)域中取得了很好的應(yīng)用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平的不斷提升，熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用與發(fā)展引起了更多的關(guān)注。熱管技術(shù)不僅為我國熱能工程的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，在開發(fā)與應(yīng)用新能源及可再生能源等方面，也做出了一定的貢獻(xiàn)，是重要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 熱管技術(shù)

1.1 熱管的基本結(jié)構(gòu)

熱管主要由管殼、管芯以及工作液體這三部分構(gòu)成。管殼是熱管的最外層，通常由不銹鋼、碳鋼、銅等金屬材料制成。因此，管殼具有一定的承壓能力，其內(nèi)部空腔具有比較高的原始真空度。管芯是緊貼著管殼的，主要由毛細(xì)多孔結(jié)構(gòu)材料制成，通常為金屬絲網(wǎng)或者是燒結(jié)的金屬粉末。工作液體主要是指熱管在工作中傳遞熱量的介質(zhì)，密封在熱管的內(nèi)部，有液態(tài)和氣態(tài)兩種工作狀態(tài)。常用的工作液體有水、甲醇、丙酮、氨等。其中，水的工作范圍在45到210攝氏度之間。

1.2 熱管技術(shù)的原理

熱管在應(yīng)用的過程中，可以分為三段，具體包括蒸發(fā)段、絕熱段、冷凝段。其中，絕熱段在中間，蒸發(fā)段與冷凝段在兩邊。在加熱過程中，蒸發(fā)段受熱會(huì)導(dǎo)致液體蒸發(fā)，所產(chǎn)生的蒸汽會(huì)帶走熱量流向冷凝段。在冷凝段放熱冷卻后，蒸汽就會(huì)冷凝為液態(tài)，沿著管芯的毛細(xì)多孔材料再次流回到熱管的蒸發(fā)段。這就形成了一個(gè)閉合的循環(huán)回路，讓熱量在熱管中不斷的傳遞。如果將熱管進(jìn)行立式放置，還可以利用重力作用，讓冷凝后的液體沿著熱管的內(nèi)壁回流到蒸發(fā)段。這種重力式熱管不需要管芯提供毛細(xì)作用力，也被稱作兩相熱虹吸管。

1.3 熱管技術(shù)的特點(diǎn)

1.3.1 傳熱效率高

在換熱器中，與柴銅、銀、鋁等金屬材料相比，熱管的導(dǎo)熱系數(shù)要高出幾百倍、甚至是上千倍，從傳熱效率方面來看，能夠達(dá)85%以上，因此，熱管具備優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，是一種非常重要的傳熱介質(zhì)。運(yùn)用熱管技術(shù)，不僅能夠有效的回收余熱，還能夠有效的利用太陽能、地?zé)崮?、排熱、廢熱等低品位熱源。這在一定程度上避免了熱量的大量損耗，不僅節(jié)約能源，還可以有效的降低成本。

1.3.2 恒溫

當(dāng)熱源的溫度產(chǎn)生很大變化時(shí)，可變導(dǎo)熱管不會(huì)受到熱源溫度的影響，能夠有效保持冷凝段的液體溫度不發(fā)生變化，從而實(shí)現(xiàn)冷熱源的恒溫。與其他的換熱方式相比，可變導(dǎo)熱管的恒溫特點(diǎn)使其在具體的應(yīng)用過程中，具有很大的優(yōu)勢(shì)。以汽車尾氣余熱回收利用為例，隨著汽車的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變化，其尾氣的熱負(fù)荷及排氣溫度也會(huì)有所改變，汽車排放的尾氣溫度有時(shí)會(huì)高達(dá)600到700攝氏度。但是，要想實(shí)現(xiàn)有效的余熱回收利用，冷凝段或是熱源的溫度應(yīng)當(dāng)保持穩(wěn)定，而可變導(dǎo)熱管的恒溫特性，可以有效的解決這類問題。

1.3.3 適應(yīng)性強(qiáng)

熱管與其他導(dǎo)熱材料相比，其適應(yīng)性比較強(qiáng)。一方面，能夠適應(yīng)溫差的變化，另一方面，還能夠有效的平衡溫差。其蒸發(fā)段與冷凝段的結(jié)構(gòu)、位置布置等方面比較易于控制，進(jìn)而在實(shí)現(xiàn)熱源分離方面，可以發(fā)揮較好的效果。熱管之間可以相互獨(dú)立的工作，不存在相互影響的現(xiàn)象，便于拆卸與更換。與此同時(shí)，換熱設(shè)備在受熱、放熱等方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為靈活，因此對(duì)于熱源的分離距離這一方面還能夠?qū)崿F(xiàn)良好的控制，并且不會(huì)因?yàn)橐欢藫p壞而影響兩端液體的質(zhì)量，從而充分實(shí)現(xiàn)冷熱液體之間的零泄漏。

2 熱管技術(shù)在熱能工程中的應(yīng)用

2.1 熱管技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用

熱管技術(shù)在鍋爐中具有廣泛的應(yīng)用?？諝忸A(yù)熱器是鍋爐的重要組成部分，在鍋爐的運(yùn)行過程中，發(fā)揮著重要的作用。但是，對(duì)于一些傳統(tǒng)的空氣預(yù)熱器來說，長時(shí)間使用會(huì)存在磨損、低溫腐蝕、積灰、漏風(fēng)等現(xiàn)象，如果不采取相應(yīng)的措施，會(huì)嚴(yán)重影響鍋爐的正常使用，其安全性與經(jīng)濟(jì)性難以得到有效保障。用熱管作為傳熱元件組成的空氣預(yù)熱器，取代原本使用的空氣預(yù)熱器，可以有效地解決上述存在的問題。這是因?yàn)闊峁茉跓煔鈧?cè)的管壁溫度相對(duì)來說是比較均勻的，并且管壁溫度能夠得到有效的控制，當(dāng)煙氣側(cè)的管壁溫度超過煙氣的酸露點(diǎn)與水蒸氣露點(diǎn)時(shí)，就能在很大程度上避免腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。另外，如果沒有控制好煙氣側(cè)的管壁溫度，還可以通過設(shè)計(jì)一定的煙速，使得煙氣具有自吹灰作用，可以避免堵灰現(xiàn)象的產(chǎn)生。與此同時(shí)，因其本身的漏風(fēng)系數(shù)為零，在應(yīng)用的過程中不易出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象。

2.2 熱管技術(shù)在余熱回收中的應(yīng)用

在余熱回收中，熱管技術(shù)也能起到一定的作用，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。以紡織業(yè)為例，熱管可以通過回收余熱，將熱量傳遞到固定的裝置中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱量的循環(huán)利用。在余熱回收的過程中，將熱管安裝在廢氣的排出口，可以大量的回收廢氣中的熱量，這樣能夠有效的節(jié)約能源，降低了生產(chǎn)成本，避免了不必要的損失。主要的工作原理是，當(dāng)鮮風(fēng)在定型機(jī)的負(fù)壓作用下流入熱管的蒸發(fā)段后，熱管開始吸收熱量，原來的鮮風(fēng)經(jīng)過傳熱管的新風(fēng)段，最后流入到定型機(jī)烘箱的散熱器。這就是余熱回收的主要工作流程，比較簡單，因此，熱管技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。

2.3 熱管技術(shù)在其他方面的應(yīng)用

除了以上兩個(gè)方面，熱管技術(shù)在其他方面的應(yīng)用也比較廣泛。例如，道路交通、航空航天等領(lǐng)域。首先，在我國的一些北方地區(qū)，冬季的溫度普遍很低，會(huì)導(dǎo)致土壤處于凍土的狀態(tài)。進(jìn)入初夏階段以后，在溫度提升的影響下，凍土層會(huì)自下而上的融化，這樣就會(huì)形成翻涌現(xiàn)象。受此影響，鐵路路基會(huì)變得松懈，可能會(huì)導(dǎo)致交通事故的產(chǎn)生，產(chǎn)生不可估量的損失。為了有效解決這種問題，應(yīng)當(dāng)采用低溫?zé)峁芗夹g(shù)。通過分析熱管的特點(diǎn)，可以了解到熱管能夠適應(yīng)溫差的變化，并且有效的平衡溫差。在鐵路路基的鋪設(shè)中應(yīng)用低溫?zé)峁埽ㄟ^熱量的循環(huán)傳遞，可以平衡凍土層與空氣之間的溫度，從而有效避免翻涌現(xiàn)象的產(chǎn)生，降低交通事故的發(fā)生概率。其次，將熱管安裝到航天器中，還可以有效的平衡航天器兩側(cè)的溫度。熱量的相互傳遞，能夠最大限度地避免因溫差大而導(dǎo)致航天器出現(xiàn)系統(tǒng)故障。

3 結(jié)束語

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平的不斷提高，使得人們提升了對(duì)于能源的利用效率。將熱管技術(shù)應(yīng)用于熱能工程中，可以實(shí)現(xiàn)熱能的循環(huán)利用，不但降低了成本，還能夠?yàn)樯鐣?huì)節(jié)約大量的能源，為環(huán)境保護(hù)做出一定的貢獻(xiàn)。文章簡要敘述了熱管技術(shù)的原理。熱管技術(shù)具有傳熱效率高、恒溫以及適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其在鍋爐、余熱回收以及其他方面都具有廣泛的應(yīng)用。與此同時(shí)，為了讓熱管技術(shù)可以進(jìn)一步發(fā)展，我國的科研人員還應(yīng)當(dāng)繼續(xù)進(jìn)行研究，使其可以更好的為熱能工程所利用。

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