【摘 要】
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热管是通过工质在管内的气液相态变化实现热量高效传递的换热元件,其中重力热管具有结构简单、工作稳定、成本低廉等优势,被广泛应用于余热回收等领域。开展重力热管工质的相变特性和传热特性研究,有助于深入认识其内部传热机理,对重力热管的结构设计和参数优化具有重要意义;在诸多换热器形式里,热管式换热器由于其传热效率高、结构紧凑、维护方便等优越性被大量使用。本文对重力热管的传热特性开展了实验与数值模拟研究,并针
【基金项目】
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山西省揭榜招标项目（202001101014）； 山西省基础研究计划（202103021224078）；
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热管是通过工质在管内的气液相态变化实现热量高效传递的换热元件,其中重力热管具有结构简单、工作稳定、成本低廉等优势,被广泛应用于余热回收等领域。开展重力热管工质的相变特性和传热特性研究,有助于深入认识其内部传热机理,对重力热管的结构设计和参数优化具有重要意义;在诸多换热器形式里,热管式换热器由于其传热效率高、结构紧凑、维护方便等优越性被大量使用。本文对重力热管的传热特性开展了实验与数值模拟研究,并针对某电站90t/h超低排放循环流化床锅炉进行了热管式空预器优化设计。主要工作包括:（1）研制了重力热管传热特性实验系统,该系统主要由加热系统、数据测量与采集系统和待测热管构成。热管顶部装有压力传感器,可以实时测量管内稳定状态下的饱和压力,进而计算得到对应的饱和温度。通过实验测得钢-水重力热管在不同加热功率下的管壁温度与响应时间,并根据实验数据计算热阻、蒸发段与冷凝段的对流换热系数与整根热管的等效导热系数。（2）开展了重力热管传热特性的数值模拟研究。对目前广泛使用的相变模型,从冷凝质量转换时间松弛因子βc与饱和温度Tsat两个方面进行改进,模拟结果与文献值的对比表明:βc的修正对质量控制效果明显,Tsat的取值对蒸发段的模拟结果影响最大,对冷凝段的影响最小,且相比于高于合理值,Tsat低于合理值会导致更大的模拟偏差;使用上述改进相变模型对实验中热管的传热特性进行数值模拟,与实验结果对比表明:相变判据分别为实验测得的Tsat与饱和蒸气压方程时,模拟结果与实验值均高度吻合。而利用饱和蒸气压方程作为相变判据能实时更新准确的饱和温度,使模拟结果更接近实际过程,模拟偏差更小。（3）以某电站90t/h循环流化床锅炉为对象,优化设计了热管式空预器以降低排烟温度、提高锅炉效率。基于对数平均温差法与离散方法,运用VC++与MFC类库技术开发了具有可视化输入和输出界面的热管空预器设计程序。根据锅炉最大连续蒸发量（BMCR）工况下的相应参数对热管式空预器进行设计,并根据JF因子对影响换热器性能的热管结构参数设计了正交试验,确定最优选型后对变工况进行计算。
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