热管及热管换热器资料
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热管式空气预热器热管是一种高效的传热元件,早在上世纪40年代热管的概念就已提出,直到60年代,由于宇宙航行的需要,热管才在宇航技术中得以应用。
此后发展很快,70年代热管就已广泛应用于电子、机械、石油、化工等行业。
从那时起,国内石油化工管式炉、锅炉上就开始使用热管式空气预热器来回收烟气余热,并迅速得到推广,到目前为止估计已有数百台在运行中。
它与管式和回转式等其他空气预热器相比,具有体积小、质量轻、效率高、不易受低温露点腐蚀等优点,这也就是它被迅速推广和应用的原因。
1、热管1)热管的工作原理和分类热管是一根两端密封,内部抽真空并充有工质的管子。
其一端(热端)被加热时,工质吸热蒸发并流向另一端(冷端),在那里将热量释放给管外的冷介质而冷凝,冷凝液流回热端,再吸热蒸发,如此循环,完成热量传递。
由于汽化潜热大,所以在极小的温差下就能把大量的热量从管子的一端传至另一端。
图1 热管工作原理示意图,a,重力式热管,热虹吸管,(b)毛细力热管,吸液芯热管,热管种类繁多,可按工质回流原理,工作温度、形状或工质等来分类。
按冷凝液回流原理来分主要有重力式(热虹吸式)热管和毛细力式(吸液芯式)热管两种。
故名思义,重力式热管的冷凝液靠重力回流,因此只能垂直安装或倾斜安装,热端在下,冷端在上。
毛细力式热管热端吸液芯中的工质吸热蒸发时,蒸发压力大于冷端,由此压差将蒸汽从蒸发段驱送至冷端,而冷凝液靠毛细压力送回蒸发段,以补充蒸发消耗了的工质。
因此其安装位置不受限制,甚至可与重力式热管相反,即热端在上,冷端在下也照样运行。
图1表示了这两种热管的工作原理。
此外,还有依靠静电体积力使工质回流的电流体动力热管;依靠磁体积力使工质回流的磁流体动力热管;依靠渗透膜两侧工质的浓度差进行渗透使工质回流的渗透热管;靠离心力分力回流的旋转式热管等等。
按工作温度可分为五类:(1)超低温热管,工作温度低于-200?;(2)低温热管,工作温度-200?50?;(3)常温热管,工作温度50?250?;(4)中温热管,工作温度250?600?;(5)高温热管,工作温度高于600?。
热管技术国内外研究现状热管原理最早是由于1944年在美国俄亥俄州的通用发动机公司提出并一次取得专利[4]。
该公司最初提出一种设想也即最早期的热管装置,这种装置只是由封闭的管子组成,当管内充装某种液体时,管子的一侧吸热蒸发后,另一侧的某一装置可以达到冷凝放热的效果,不附加任何外加动力的基础上,仅依靠管子内部的吸液芯所产生的毛细吸力,使得冷凝后的液体可以流回至原来那侧,从而继续蒸发吸热,像这样循环往复,就可以实现使热量从端传动到另一端的目的。
但的很可惜的是,他的想法在当时并未得到广泛的认同。
306041963年,美国新墨西哥州的科学家在国家实验室再次研制出了类似于最初设想的传热装置,并赋予这种传热装置一个学术的内涵,正式将这一传热元件命名为热管一一,当时实验中采用钠作为工质,壳体采用不锈钢材料,内部装有丝网吸液芯[5]。
论文网随着时间不断推移,关于热管的研究并没有停下脚步。
1965年,首次给出了较为完整的热管理论,也正是他建立了热管中各个过程的基本方程,并建立了如何计算热管毛细极限的较为标准规范的数学模型,由此,为以后的热管理论研究工作奠定了基础[6]。
1966年,发明了一种拥有独特通道设计的热管[7]。
他所完成的设计是为工作液体从放热段回流至吸热段过程中,提供了一个压力降比较小的通道,这样就可以较大幅度的提高热管的传热能力。
1967年,美国宇航局将一根不锈钢一水热管送入地球卫星轨道并且运行成功[8]。
这一壮举之后,更是几近引发了科学界的沸腾,吸引了更多的科学家和科研人员投身于热管的研究中来,不论是荷兰、日本、英国、法国、意大利、前西德、前苏联等国家和地区均展开了相关的大量研究工作,至此热管技术以空前的速度得到发展。
源自1969年,前苏联和日本的有关书籍和杂志几乎同时发表了有关热管研究方面的文章。
这篇文章中对于带有翅片的热管式空气加热器加以详细的描述。
在全球能源日趋紧张的现况中,这种空气加热器可以应用于回收工业废气中潜热;同时,和提出了利用可变导热热管来实现恒温控制[9];另外,科学家也发明出了一种新的旋转式热管,它是依靠转动从而产生离心力,使得工作液体能够从冷凝段流回蒸发段。
一、热源的种类有以下几种:1、蒸汽2、热水3、电能4、煤炭5、燃油6、可燃气体二、空气换热器(一)热管换热器热管换热器是一种利用封闭在管内的工作物质反复进行物理相变或化学反应来传递热量的一种换热装置。
热管技术是一项新技术,自1964年每一支热管问世以来,到现在也仅有三十多年的历史。
由于它在回收余热、预热空气等方面显示出很多优点,热管技术得到飞速发展,种类和功能也很多,根据热管的工作原理,按工作方式,可以分为物理热管和化学热管。
物理热管是利用工作淮的物理相变传递热量。
化学热管是利用工作物质化合与分解应应传递热量。
在喷雾干燥系统中,利用热管换热器间接加热空气,已获得良好的经济效益。
热管的工作液根据可以选择不同的液体,但每种工作液都有它合适的工作温度范围。
(二)燃煤热风炉以煤为燃料的热空气炉,多数是以间接换热的方法加热空气。
在间接换热过程中,一般有两种情况,一种情况是炉内设有风管,冷空气走管层,烟道气走壳层。
煤燃烧产生的热量对管的外壁进行辐射,热量通过管壁传向内管,然后再与内管的冷空气进行加热。
炉的进口为冷空气,经加热后从另一口出来的为加热到一定温度的高温洁净空气。
另一种为燃煤式导热油炉,导热油被加热后流向别一个换热器,再与冷空气进行换热。
间接换热的特点是得到的热气体洁净度较高,在换热过程中空气无湿度变化,仍操持冷空气的湿含量。
燃煤热风炉结构比较简单,加煤方式也有多种,要据工艺需要或换热量的不同采取不同的加热方式。
由于火焰与换热管直接辐射,燃气内又有硫等腐蚀性较强的化学物质,对管的材料有一定要求。
(三)蒸汽换热器蒸汽换热器是间接换热设备,由多根散热管组成。
在换热时可根据需要一组工作,也可以多组串联使用。
排管用紫铜或钢质材料,为增加传热效果,管外套绕翅片,翅片管子有良好的接触。
用蒸汽做热介质时,管内通蒸汽,管处翅片间走空气。
(四)电加热器电加热器是电能转换成热能,向空气进行辐射传热的加热设备。
电加热器是多要管状电热元件组成。