浅析热能工程中热管技术应用研究

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sheme2002
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  摘要:近几年,随着科学技术的不断发展,热能工程技术也不断革新的,热管技术也投入到了应用。热管的导热系数非常高,是铝、银等金属的上千倍。如果使用热管技术,热管的截面非常的小,并且不需要加入任何的动力就可以让巨大的热能,进行传输。因此,热管在热能工程的应用越来越广泛。 中国论文网
  关键词:热管技术关键点;热能工程;研究
  中图分类号:R151文献标识码: A
  1.热管的组成和原理
  1.1.热管的组成 
  典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成1.3×(10负1---10负4)Pa的负压后充以适量的工作液体,使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段),根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己,热量由热管的一端传至另―端。热管在实现这一热量转移的过程中,包含了以下六个相互关联的主要过程: 
  (1).热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到(液---汽)分界面; 
  (2)液体在蒸发段内的(液--汽)分界面上蒸发; 
  (3).蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段; 
  (4).蒸汽在冷凝段内的汽.液分界面上凝结: 
  (5)热量从(汽--液)分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源: 
  (6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。 
  1.2.热管的原理 
  在加热热管的蒸发段,管芯内的工作液体受热蒸发,并带走热量,该热量为工作液体的蒸发潜热,蒸汽从中心通道流向热管的冷凝段,凝结成液体,同时放出潜热,在毛细力的作用下,液体回流到蒸发段。这样,就完成了一个闭合循环,从而将大量的热量从加热段传到散热段。 
  当加热段在下,冷却段在上,热管呈竖直放置时,工作液体的回流靠重力足可满足,无须毛细结构的管芯,这种不具有多孔体管芯的热管被称为热虹吸管。热虹吸管结构简单,工程上广泛应用。 
  2.热管应用的技术关键 
  2.1.很高的导热性
  热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热,热阻很小,因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比,单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。 
  2.2.优良的等温性 
  热管内腔的蒸汽是处于饱和状态,饱和蒸汽的压力决定于饱和温度,饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小,根据热力学中的方程式可知,温降亦很小,因而热管具有优良的等温性。 
  2.3.热流密度可变性 
  热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积,即以较小的加热面积输入热量,而以较大的冷却面积输出热量,或者热管可以较大的传热面积输入热量,而以较小的冷却面积输出热量,这样即可以改变热流密度,解决一些其他方法难以解决的传热难题。
  2.4.热流方向的可逆性 
  一根水平放置的有芯热管,由于其内部循环动力是毛细力,因此任意一端受热就可作为蒸发段,而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平,也可用于先放热后吸热的化学反应器及其他装置。 
  2.5.环境的适应性 
  热管的形状可随热源和冷源的条件而变化,热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等,热管也可做成分离式的,以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热;热管既可以用于地面(重力场),也可用于空间(无重力场)。 
  3、热管技术在热能工程中的应用
  3.1热管技术在航空航天上的应用 
  在航空航天工业中,各类航天器都面临着一个共同的难题,那就是航天器正对着太阳的部位温度特别高,而背对太阳的一侧温度又特别低,由于无法通过空气的对流完成气温的调节,因此这就导致两部分的温差高达300多摄氏度。在这样的情况下,利用热管技术可以快速实现两部分温差的平衡。将热管安装到航天器中,面对太阳的一侧是蒸发段一侧,背对太阳的一侧是凝结段一侧。热管的蒸发段在面对太阳的一侧吸收了大量热量,其内部的工作介质蒸发后将热量传递到冷凝段,并在冷凝段释放热量再次形成液态工作介质流回蒸发段,然后再次进行循环。这样往复不停的循环就可以实现航天器两侧温度的平衡,从而避免因温差过大导致内部系统故障。 
  3.2热管技术在铁路冻土路基上的应用 
  在我国北方的某些地区,土壤常年处于冻土状态,每到初夏,温度升高,冻土层自下而上融化,这样就会形成翻涌导致铁路路基松懈,从而引发列车脱轨等严重交通事故。在这种情况下,使用低温热管就可以有效解决这个难题。在使用低温热管的过程中,首先要将低温热管埋进冻土层。在寒冷的季节里,冻土的温度远高于空气的温度,此时热管内的液氨工质因吸收了冻土中的热而蒸发,氨蒸汽在压力差的作用下,不断流到管腔的上部,并在上部释放出汽化潜热,然后冷凝成液体后流回蒸发段,然后再在蒸发段蒸发成气体再次进行循环,这样,通过低温热管就可以将冻土中的热输送到大气中。在温暖的季节,空气的温度远高于冻土的温度,此时液氨蒸汽到达冷凝段后,由于外部温度较高,氨蒸汽不再冷凝,此时便会达到汽相和液相之间的平衡,液氨便不再蒸发,热管也就停止了工作,空气中的热量也不能传递到冻土之中。这样一来,冻土的温度一直保持着上面温度高,下面温度低的状态,从而有效避免了翻涌现象的出现。 
  3.3热管技术在炼焦炉余热回收工程中的应用
  通常情况下,炼焦炉排放出来的烟气温度较高,如果不能进行回收利用,将会造成极大的浪费。将热管安装到炼焦炉的烟囱内便可以有效吸收大量余热。首先,热管内的工作介质吸收烟囱内的热量后蒸发成气体后进入凝结段,在凝结段内完成热量释放后再次形成液态工作介质流回蒸发段,然后再次进行循环。通过凝结段释放出来的热量可以加热除盐水,由于热管传递的热量相当多,因此,除盐水被加热后可以产生大量的汽水混合物,汽水混合物在上升管集箱内进行汇合,然后进入汽包并在汽包内完成汽水分离,然后饱和蒸汽流进主蒸汽管道,饱和水沿下降管流进下降管集箱,并最终进入热管内的凝结段,再次进行循环。 
  3.4热管技术在纺织行业余热回收工程中的应用 
  通常情况下,热管技术在纺织行业进行余热回收时主要进行定型机的废气余热的回收。在这个过程中,热管将定型机内排出的废气中进行热能回收,然后再将回收的热能重新输送到定型机烘箱内。热管主要安装在废气排放口处,这样当含有大量热的废气一排出就可以进行余热回收,这样可以达到回收热能的最佳效果。在工作过程中,鲜风在定型机内负压的作用下流入热管的蒸发段,在蒸发段吸收大量的热量后被传递到高效传热热管的新风端,然后吸收了大量热量的新风就可以流到定型机烘箱散热器附近 ,这样就完成了余热的回收。 
  2.5热管换热器在火电厂锅炉上的应用 
  热管式换热器基本结构如下:它有很多的排成管束的热管组成,中间有一隔板 ,烟气和空气分别在热管外部两侧流过;热量主要通过热管内部的蒸发--冷凝来传热。这种换热器的主要特点:1)它是个典型的逆流换热,又因热管本身接近于等温工作,这就使热管换热器具有较高的换热效率;2)冷、热流体用隔板严密隔开,可以消除两种流体互相泄漏的现象。即使热管有一端破裂,也不会使冷热流体相互串通;3)每根热管都是独立的,并可拆卸,易于检修和更换。 
  热管换热器应用火电厂锅炉空气预热器,有利于解决以往空气预热器的磨损、腐蚀、堵灰、漏风等难题。这是因为:1)热管在烟气侧的管壁温度是均匀的。可以通过调节热管的冷热段大小来调节管壁温度,使之高于烟气的酸露点和水蒸气露点,避免腐蚀的发生;2)如果管壁温度高于酸露点和水蒸气露点,则附着于管外表面的烟气呈干燥而疏松状态。设计一定的烟速可使烟气有自吹灰作用,避免了灰的堆积和堵塞;3)热管式空气预热器的结构本身保证了漏风系数为零。即使个别热管被腐蚀或磨穿,由于热管两端密封,也不可能产生漏风;4)热管式空气预热器可以减小磨损。目前热管空氣预热器在大型机组上成功的应用已证明了它是一个非常理想的换热装置。 
  3、结语 
  随着人类对资源的开发和利用,传统能源逐渐减少,将热管技术应用于热能工程,不但可以实现热能的有效流动,而且还可以节约大量的能量,从而实现节约能源的目的。尽管这样,大力推行热管技术还存在着技术上的难题,这就需要科研人员继续加大科学研究的力度,解决热管技术的难题,不断推动热管技术的快速发展。
  参考文献 
  [1]高宏伟,王崑.热管技术在热能程中的应用特点[J].活力,2012,10. 
  [2]杨振国,刘青,谢银幕.电路流程中热管式余热回收[J].北京科技大学学报,2013,10. 
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