淺談熱管及熱管氣-氣換熱器的應(yīng)用

王金平

摘 要：熱管是一種依靠管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)，凝結(jié)和循環(huán)流動(dòng)而傳遞熱量的部件。由熱管元件組成的，利用熱管原理實(shí)現(xiàn)熱交換的換熱器稱之為熱管換熱器。熱管換熱器最大的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳熱效率高、動(dòng)力消耗小。其越來(lái)越受到人們的重視，是一種應(yīng)用前景非常好的換熱設(shè)備。目前，它被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、化工、冶金、電力、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。本文淺談熱管換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀、應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：熱管;熱管熱交換器;設(shè)計(jì)計(jì)算

一、熱管的現(xiàn)狀

在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將大量熱量通過其很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。

我國(guó)自70年代開始，開展了熱管的傳熱性能研究以及熱管在電子器件冷卻器及空間飛行器方面的應(yīng)用研究。由于碳鋼-水兩相閉式熱虹吸管的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、制造方便，易于在工業(yè)中推廣應(yīng)用，碳鋼-水相容性的基本解決，使得此類熱管的已廣泛的應(yīng)用，我國(guó)的熱管技術(shù)工業(yè)化應(yīng)用的開發(fā)研究發(fā)展迅速。

二、熱管及其應(yīng)用

熱管構(gòu)造的四要素是：1.工質(zhì)或工作流體;2.管芯或毛細(xì)結(jié)構(gòu);3.管殼;4.翅片。熱管工作的主要任務(wù)是從加熱段吸收熱量，通過內(nèi)部相變傳熱過程，把熱量輸送到冷卻段，從而實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。

三、熱管換熱器及氣-氣換熱器

熱管式換熱器是一種新型的換熱器，于70年代初開始應(yīng)用于工業(yè)中作為節(jié)能設(shè)備。雖然熱管換熱器在工業(yè)中應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展速度很快。熱管換熱器最大的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器，換熱流體通過換熱器時(shí)的壓力損失也比其他換熱器小，因而動(dòng)力消耗也小。熱管換熱器的這些特點(diǎn)正越來(lái)越受到人們的重視，是一種應(yīng)用前景非常好的換熱設(shè)備。

熱管氣-氣換熱器是目前應(yīng)用最為廣泛的一種余熱回收設(shè)備，它利用鍋爐、加熱爐等排煙余熱預(yù)熱爐內(nèi)的助燃空氣，不僅可提高爐子的熱效率，還可以減輕對(duì)環(huán)境的污染，因此，熱管氣-氣換熱器在余熱回收利用中得到非常廣泛的應(yīng)用。

傳統(tǒng)的氣-氣換熱器的缺點(diǎn)是笨重，愈提高煙氣冷卻程度或者空氣的加熱溫度，氣-氣換熱器就愈加笨重。氣-氣換熱器所排出的煙氣的溫度也受到限制，既決定于技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，也決定于必須避免在氣-氣換熱器的金屬表面上結(jié)成水滴，因?yàn)樗螘?huì)引起金屬壁的腐蝕，灰分也會(huì)粘在濕金屬壁上使之加速積垢。燃料中含硫越多，在金屬壁上結(jié)成的水的就會(huì)越危險(xiǎn)。從氣-氣換熱器中排出的容許溫度決定于必須使金屬壁溫度高于煙氣露點(diǎn)的條件。

采用熱管氣-氣換熱器能夠把排出煙氣時(shí)帶走的熱量損失減少到能夠允許的程度，每當(dāng)使排出的煙氣溫度降低20℃，鍋爐整體效率可提高約1%。此外熱管氣-氣換熱器能使?fàn)t膛中前部煙道中的煙氣溫度有某些提高。在這些地方，煙氣與水或蒸汽的溫度差將會(huì)增加，因而經(jīng)過受熱面?zhèn)鬟^的熱量也就增加了。輻射傳遞的熱量增加尤為顯著。

由于水-碳鋼熱管的研制成功，使得氣-氣熱管換熱器的制造成本大幅減低，從而促進(jìn)了熱管氣-氣換熱器的工業(yè)化應(yīng)用。熱管氣-氣換熱器綜合起來(lái)有如下一些特點(diǎn)：

1.傳熱性能高。由于熱管氣-氣換熱器的加熱段和冷凝段都帶有翅片，大大展了換熱表面，因此，其傳熱系數(shù)比普通的光管氣-氣換熱器的要大好多倍;

2.對(duì)數(shù)平均溫差大。由于熱管氣-氣換熱器可以方便地做到冷流體與熱流體的純逆向流動(dòng)，這樣在相同的進(jìn)、出口溫度條件下，就可以產(chǎn)生最大的對(duì)數(shù)平均溫差;

3.傳熱量大。由于熱管氣-氣換熱器的傳熱系數(shù)和對(duì)數(shù)平均溫差大，因此，傳熱量就大;

4.體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。由于熱管氣-氣換熱器所傳輸?shù)臒崃看螅虼嗽趥鬏斖瑯拥臒崃康那闆r下，熱管氣-氣換熱器就顯得體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，因而金屬的消耗量小，占地面積就大大減少。熱管氣-氣換熱器這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)就使得在余熱回收等應(yīng)用領(lǐng)域開辟了廣闊的天地;

5.便于拆裝、檢查和更換。熱管氣-氣換熱器是由許多根獨(dú)立的換熱元件-熱管按照著一定的排列方式組成的。因此更換部分熱管不會(huì)影響熱管氣-氣換熱器整體的正常工作;

6.熱管氣-氣換熱器具有很大靈活性，可以根據(jù)不同的熱負(fù)荷和氣體的流量將幾個(gè)熱管氣-氣換熱器串聯(lián)或并聯(lián)起來(lái)使用;

7.明顯的提高了金屬壁溫，減輕了低溫腐蝕;

8.有效地防止了漏風(fēng)，降低了引風(fēng)機(jī)的耗電量;

9.增強(qiáng)了換熱能力，余熱回收率高，提高了鍋爐熱效率;

10.明顯的減輕了受熱面積灰，不會(huì)出現(xiàn)堵煙現(xiàn)象而影響鍋爐正常運(yùn)行;

11.流阻小，降低了換熱器運(yùn)行時(shí)動(dòng)力消耗。

總之，熱管氣-氣換熱器與管殼式預(yù)熱器相比，有很多優(yōu)點(diǎn)，主要體現(xiàn)在傳熱性能好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、投資小、運(yùn)行費(fèi)用低和流阻小等方面。熱管氣-氣換熱器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)就在于利用了熱管內(nèi)部工質(zhì)的相變傳熱，換熱系數(shù)大，易于控制空氣及煙氣出口溫度。

參考文獻(xiàn)：

[1] Zhang jie，Ren Yan，Zhang Lihong，Liang Huimin.Analysis of ?Infuencing Factors of Heat Transfer Performance of Heat Pipe Exchanger[J].Energy and Enviroment Technology，2009：37-40.

[2]董其伍，張等.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社（第一版），2009：349-351.

[3]董大勤，袁鳳隱.壓力容器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

[4]秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.364-364.

[5]秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.364-364. ?44∕44.

[6]刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良.化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)[M].大連：大連理工大學(xué)出版社（第六版），2006：311.

[7]莊俊，張紅.熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社（第一版），2000：132-133.