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重力式熱管理論基礎

       熱管的概念起初于 1962 年,在特雷費森在提交給通用電氣公司的報告中提出。
       經過半個世紀的發展,現代熱管技術日趨成熟,一般都是采用各種密封金屬管子的結構,熱管內壁貼有吸液芯,管中有若干工質,但在裝工質之前必須在密封的管子中形成真空。當熱源對其一端供熱時,工質自熱源吸熱而汽化,蒸氣在壓差作用下,高速流向另一端,向冷源放出潛熱而凝結,凝結工質在吸熱芯毛細抽吸作用下,從冷源端返回熱源端完成連續循環。如此往復,便把熱量不斷地從熱源傳至冷源。
       從以上的簡明描述中可以看出,熱管由三個部件構成一個整體,四個內部過程組成一個工作循環,工作時熱管沿殼體軸向可分成三個工作段。熱管的基本結構示意圖如下圖 2.1:
 
 
圖 2.1  熱管結構示意圖

       本文研究的煙氣余熱回收用氣-液熱式管換熱器應用的熱管為重力式熱管,與常規熱管有一定的不同。以下基于相關余熱回收項目,對重力式熱管進行簡介:
       3.2 重力式熱管傳熱機理
       重力熱管又稱為兩相閉式熱虹吸管,它與依靠吸液芯的毛細抽吸力使工質回流的普通熱管不同,其殼體內無吸液芯結構,而依靠重力作用使工質回流,只要求把凝結段置于蒸發段之上。與常規吸液芯熱管比較,它不僅結構簡單,制造成本低廉,而且傳熱性能優       良,具有較高的傳熱極限,工作更加可靠。
       由于以上優點,重力式熱管得到廣泛應用,已經成功應用于電子設備冷卻、余熱回收、太陽能開發,永久凍土層的穩定以及地熱利用等方面,在能源的開發及合理應用方面,其具有廣闊前景。
       常見的重力式熱管有閉式重力式熱管、開式重力式熱管、回路型重力熱管、半開式重力式熱管等。
       本文煙氣余熱回收氣-液式熱管換熱器中采用的熱管為應用廣泛的閉式重力式熱管,其原理是:重力式熱管內蒸發段的工質受熱汽化形成蒸氣,在壓力作用下蒸氣擴散至凝結段,在凝結段向冷源放出汽化潛熱后冷凝形成附壁液膜,在重力作用下,沿壁下流,返回蒸發段,完成一次循環。通常重力式熱管的充液量較大,除使液體能在內壁形成下降膜之外,還有部分積存于蒸發段底部形成液池。
       以煙氣余熱回收工程中應用的重力式熱管為例,其工作原理簡圖如圖 2.2:
 

 
圖 2.2  重力式熱管示意圖

       重力式熱管從熱源到冷源的主要熱量傳輸過程可分解成以下環節:
       ① 煙氣與熱管蒸發段外壁間的換熱
       ② 熱管蒸發段固體壁的導熱過程
       ③ 熱管蒸發段的蒸發換熱過程
       ④ 熱管蒸發段到凝結段間蒸氣的流動換熱過程
       ⑤ 熱管凝結段的凝結換熱過程
       ⑥ 熱管凝結段固體壁的導熱過程
       ⑦ 熱管凝結段外壁與熱回收介質間的換熱過程
       實際上,重力熱管管壁存在著軸向的導熱,但是由于管壁軸向熱阻很大,導熱過程很微弱,故忽略之。 
2020/08/14 08:14:58 178 次

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