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具有两种冷却流体的重力热管换热器在工程中的应用浙江大学能源工程系 捷曼尔.M 冯踏青 袁海 胡亚才 屠传经摘要 具有两种冷却流体的重力热管组成的换热器,在工程实际中具有一定的应用特色。
本文通过介绍这类热管在4种不同场合的应用,分析归纳了该类热管的工作原理和设计特点。
关键词 重力热管 换热器 特殊应用 随着热管技术的发展及其应用的日益广泛,至今已开发了无数种不同功能的热管。
在热管器的推广应用中,我们认为,具有两种冷却流体的重力热管在工程实际中具有一定的应用特色。
以下,我们通过该类热管在4种不同工业场合的应用加以讨论。
1 第一种应用情况在蒸发量为4t/h 的小型工业锅炉尾部烟道中,安装了一台具有两种冷却流体(空气、水)的热管换热器,用以回收烟气余热。
表1和表2分别为该热管器的设计参数和额定负荷时的工况。
余热利用的方式是产生热空气和热水。
热空气通入炉膛助燃;热水供生活用,其流程见图1(a)。
由于工业锅炉负荷变动很大,在低负荷时热管仅用一种冷却流体工作,使换热器烟气侧的出口烟温不至于过低,以避免低温腐蚀。
图1(b)和(c)分别为低负荷时热管仅用水作冷却流体保证热水供应和仅用空气作冷却流体产生热空气助燃或供工艺需要的工作示意图。
图2为该换热器的烟气进出口温度随锅炉负荷的变化曲线。
2 第二种应用情况此种热管换热器用于排烟温度周期性短期剧烈变化(上升)的工业炉尾部余热回收。
在表1 热管换热器设计参数热管外径mm 32热管加热段长m1.10热管全长m1.87热管冷却段长m0.45(空气)0.28(水,无翅片)翅片外径mm 60热管绝热段长m0.04翅片厚度mm1热管横向节距mm76烟气侧翅片节距mm 8热管纵向节距mm 66空气侧翅片节距mm 3热管数量52排数7排列方式叉排表2额定负荷工况进口温度℃出口温度℃流量Kg /h 烟气2201708076水20452000空气20753800图1 热管换热器工作示意图正常温度下,热管换热器使用一种冷却流体(空气),产生的热空气用于工业炉助燃,如图3(a)图2 烟气进出口温度随锅炉负荷的变化曲线所示,正常排烟温度600℃。
重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究太阳能作为一种可再生能源，具有广阔的发展前景。
光电光热利用是太阳能利用的重要手段之一，其能够将太阳能转化为热能或电能。
重力热管作为一种高效传热器件，可以在光电光热利用中发挥重要作用。
本文将介绍重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究，以期推动太阳能的可持续利用。
一、引言太阳能是一种无污染的清洁能源，具有巨大的潜力。
光电光热利用是太阳能的重要利用方式，它通过将太阳能转化为热能或电能来满足人类的能源需求。
重力热管是一种传热效率高、结构简单的传热设备，可应用于太阳能光电光热利用中。
二、重力热管的原理与结构重力热管是由热管和重力场两部分组成的。
热管是一种液体循环传热器件，由内外两层金属管组成，内层充满工作流体，外层圆周上开有许多小孔。
当热管的一端受热时，内层的工作流体蒸发成蒸汽，蒸汽在压力梯度的驱动下流动到冷端，然后通过冷凝转化为液体，回流到热端，从而完成传热循环。
重力场是指热管周围的重力场，它对热管内的工作流体循环产生重要影响，能够提高热管的传热效率。
三、重力热管在太阳能光电光热利用中的应用1.光伏-热发电系统中的应用光伏-热发电系统将太阳能转化为电能和热能。
该系统通过光伏组件将太阳能转化为电能，然后利用重力热管将光伏组件背面的余热转化为热能，用于供热或发电，从而提高系统的能源利用效率。
2.太阳能热发电系统中的应用太阳能热发电系统利用太阳能的集中热能产生蒸汽的力推动涡轮发电机组发电。
通过重力热管，系统可以更有效地收集和传输太阳能的热能，提高系统的发电效率。
四、重力热管在太阳能光电光热利用中的实验研究1.实验装置的设计与搭建根据重力热管在太阳能光电光热利用中的应用需求，设计和搭建了相应的实验装置。
该装置包括太阳能光电光热转换组件、重力热管传热装置和测试系统等。
2.实验的参数控制和测试在实验中，通过控制光照强度、温度和流体流速等参数，测试了重力热管在太阳能光电光热转换过程中的传热性能。
重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究一、引言随着能源危机的日益严重，太阳能作为一种清洁、可持续的能源，受到了广泛关注。
太阳能光电光热利用技术是最为重要的太阳能利用技术之一，而重力热管则是该技术中不可或缺的热力传输装置。
本文将重点讨论重力热管在太阳能光电光热利用中的实验和理论研究。
二、重力热管的基本原理与结构重力热管是一种热力传输装置，其基本原理是利用液体的相变和重力驱动来传输热量。
重力热管一般由真空封装的金属管壳、工作介质、蒸发段和冷凝段等组成。
工作介质一般选择具有较高蒸发潜热和低沸点的液体，如氨、氟利昂等。
在重力热管工作时，蒸发段吸收热量，液体变成蒸汽，通过蒸汽压力差在管内传输到冷凝段，冷凝段释放热量，将蒸汽重新冷凝成液体，再通过重力作用回流到蒸发段，形成闭环。
三、重力热管在太阳能光电光热利用中的实验研究（一）设备搭建为了研究重力热管在太阳能光电光热利用中的性能，首先需要搭建一个实验设备。
实验设备一般包括太阳能电池板、重力热管和热水箱等。
太阳能电池板负责将太阳能转化为电能，供给重力热管工作所需的电力；重力热管则负责将太阳能转化为热能，并将其传输到热水箱中。
热水箱则负责存储热能，供人们使用。
（二）实验参数与结果分析在重力热管实验中，需要对一些基本参数进行调整和测量。
例如，可以调整太阳能电池板的倾角、重力热管的工作介质、蒸发段和冷凝段的长度等。
通过对不同参数组合下重力热管的实验数据进行测量和分析，可以得到最佳的工作参数，以实现最高的太阳能光电光热利用效率。
四、重力热管在太阳能光电光热利用中的理论研究（一）热传输模型重力热管的热传输是一个复杂的过程，需要建立合适的数学模型来描述。
在理论研究中，可以利用热传导方程、能量守恒方程和流体力学方程等来建立热传输模型。
通过对这些方程的求解和分析，可以得到重力热管中的温度分布、热流分布等重要参数，为实际应用提供理论依据。
（二）性能优化通过理论研究可以优化重力热管的性能。
超长重力热管技术问题攻关1. 引言重力热管是一种基于液体循环和蒸发/冷凝原理的热传导装置。
它由内部充满工作介质的密封管道组成，通过引入重力场来实现高效的热传导。
超长重力热管技术问题攻关旨在解决长长度重力热管在实际应用中可能遇到的技术问题，以提高其性能和可靠性。
2. 超长重力热管技术问题分析2.1 管道设计与优化超长重力热管的设计与优化是解决技术问题的关键。
首先，需要考虑管道的材料选择和尺寸设计。
合适的材料可以提供良好的耐腐蚀性和导热性能，而合理的尺寸设计可以减小流体阻力和增加传热面积。
其次，对于超长重力热管来说，管道内部可能存在较大的温度梯度。
这会导致流体在不同位置产生对流运动，从而影响传热性能。
因此，在设计中需要考虑如何减小温度梯度对流体运动的影响，例如通过增加流道的弯曲和交叉来增加流体的混合程度。
2.2 工作介质选择与优化工作介质的选择与优化对超长重力热管的性能至关重要。
首先，工作介质应具有较高的蒸发和冷凝潜热，以提高传热效果。
其次，工作介质应具有适当的粘度和表面张力，以保证在超长管道中能够形成稳定的液膜。
在实际应用中，常用的工作介质包括水、氨、乙醇等。
根据具体需求，可以选择合适的工作介质，并通过调整工作介质组分和浓度来优化其性能。
2.3 管道内部结构设计超长重力热管内部结构设计也是技术问题攻关的一项重要内容。
合理设计管道内部结构可以改善流体流动和传热性能。
首先，需要考虑如何减小管道内部壁面粗糙度对传热性能的影响。
可以采用光滑表面涂层或者增加管道内部螺旋纹等方式来改善壁面状况，减小传热阻力。
其次，需要考虑如何增加管道内部的液体循环。
可以通过设计合适的结构和引入辅助装置来促进液体的循环，以提高传热效率。
2.4 系统稳定性与可靠性分析超长重力热管在实际应用中需要保持稳定的工作状态并具有较高的可靠性。
因此，系统稳定性与可靠性分析是技术问题攻关中不可忽视的一部分。
首先，需要考虑管道内流体循环是否稳定。
微通道换热器用于重力热管系统分析摘要：轻工工程制冷装备制造是工业生产当中重要的内容，需要利用微通道换热器对于重力热管系统进行辅助设计，保证制冷的效果。
海信家电集团股份有限公司，通过对于与微通道换热器用于重力热管系统分析，能够了解到微通道换热器用于重力热管系统试验，并且分析微通道热器用于重力热管系统优化，同时阐述出微通道热器用于重力热管系统数值模型设计。
关键词：微通道换热器；重力热管；换热能力；工业制造引言：微通道换热器技术在工业生产当中有换热效果好、产品质量轻、制冷剂充注量少的特点，使得在热管背板系统当中使用过程能够进一步的减少机房污染，并且保障机房内部的洁净度。
并且因为微通道换热器能够减少机房的PUE，利用自然冷源，需要很低的能耗就能够得到更大的冷量。
所以，在工业生产当中，大力研究微通道换热器用于重力热管系统具有极大价值。
一、微通道换热器用于重力热管系统试验（一）重力热管系统试验根据重力热管制冷剂压降原理分析，热管式换热器内部循环在本质上依靠的是气液密度差与冷源和重力热管高度差驱动，在工作当中，蒸发上升段内部气体密度比较小，但是冷凝下降段内液体密度更大，从而就在有高度差的条件下进行自然循环。
在设计过程当中，根据2款微通道重力热管转换器，在2个换热器当中总第一个换热器使用的是扁管、单个通道湿周为4、流道截面积在1.1、水力直径的数值为1.10、流通数为20；第二个换热器使用的是扁管，单个通道湿周在7.3、流道截面积为1.7、水力直径的数值为1.24、流道数为14。
在焓差室内进行试验，所控制过程依据的是《热管传热性能试验方法》，蒸发器侧干球温度、湿球温度控制在35℃与24℃，冷凝侧环境温度依据5℃、10℃、15℃当中进行试验，研究蒸发器与冷凝器环境的温差，应用的温度环境为30℃、25℃、20℃，共计测试出30组数据。
见图1。
图1热管工作原理与特性（二）换热器进口制冷剂分配与蒸发器换热能力分析在蒸发器换热能力当中，根据试验能够了解到蒸发器换热能力到5200到15500w的范围当中，同时两个换热器都在同一侧当中，当处于冷凝器侧环境温差的条件时，风速越是大，相应的换热能力也就越是大，但是换热能力增幅也就越小。
热管的换热原理及其换热计算一热管简介热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。
热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。
其结构如图所示：热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。
蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。
在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。
放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。
冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。
如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。
绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。
在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。
根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。
基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。
(1) 产品展示(2) 产品参数说明项目技术参数热管长度> 100mm主体材料铜管毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管工作介质冷媒设计工作温度30~200℃设计使用倾角> 5°传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号) 热阻系数< 0.08℃/W (参考值)传热功率测试原理测试总体要求1）加热功率有功率调节仪控制输入；2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)；3）管壁上监测点的温度变化在5min内小于0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传热功率为最大传热功率。
重力热管换热器课程设计目录第一章概述1.1课题的背景1.2国内外热管的应用1.3本课题主要研究内容第二章重力热管换热器的理论基础2.1重力热管的工作原理2.2重力热管的组成2.3重力热管的基本特性第三章环肋管、直肋管、光管的传热计算 3.1烟气及空气参数的确定3.1.1翅片管的应用计算3.1.2纵肋管的应用计算3.2计算结果汇总3.2.1换热器外形结构图3.2.2热管热力计算设计程序3.3经济效益比较第四章结论参考文献附：NFA ：管束最小流通面积 ｎ：热管数ｍ：换热器纵深排数 E ：迎风面宽度 B ：管排数α：蒸发换热系数f η:肋片效率1β:肋化比fl ：翅片长度f η：翅片效率fd：翅片外径f δ：翅片厚度1ε：管外污垢系数fe h ：管外有效换热系数c fS：空气侧翅片间距cf δ：空气侧翅片节距hQ：烟气放出热量hft ：烟气定性温度h fS：烟气侧翅片间距h f δ：烟气侧翅片节距fh ：流体换热系数1ψ:气液阻断系数H A ：每米长热管管外总表面积fA ：每米长热管的翅片表面积S ：横向管子中心距HU：总传热系数 mt ∆：对数平均温差c R :外部对流换热热阻o δ：壁厚hHA ：加热侧总传热面积ct 2：冷空气出口温度 od ：光管外径第一章 概述在众多的传热元件中，热管是人们所知的最有效的传热元件之一。
它可将大量的热量通过其很小的截面积远距离的传输而无需外加动力。
近年来热管技术飞快发展，特别是热管换热器在余热回收方面取得了良好的效果。
1.1 课题的背景能源工业是国民经济的基础产业，是实现现代化的物质基础，世界各国都把建立可靠、安全、稳定的能源供应保障体系作为国民经济的战略问题之一。
随着经济的高速增长和人民生活水平的不断提高，世界各国对能源的需求量急剧增长。
1997年全世界一次能源消费量(不包括生物能)己超过130亿吨标煤，其中石油占39.1%，天然气占23%，煤炭占27.6%，核电占7.45%。
