热管原理和结构

热管原理和结构









热管是20世纪60年代发展起来的具有特别高的导热性能的传热元件。管壳采用金属管，内壁帖附丝网状吸液蕊，以利用毛细力使工作液体在吸液蕊内不受热管位置的限制而移动。管壳两端封死，在封死前先将管内抽成真空，灌入适量的工作液，工作时，加热段的工作液被热管外的热流体加热，吸取潜热蒸发，其蒸气经过保温段流向散热段。在散热段，工作液蒸气放出潜热，凝结为液体。工作液蒸气液化释放出来的潜热通过管壁传递给热管外面的冷流体。集聚在散热段吸液蕊汇总的凝结液借助吸液蕊毛细力的作用返回到加热段再吸热蒸发。工作液的这种循环就把热量从加热段传递到了散热段。

一、热管的工作原理????热管的结构如图1所示。真空管内充有少量工质，在热管的下端加热，工质吸收热量汽化为蒸气。在微小的压差作用下，蒸气上升到热管上端，向外界放热后凝结成液体，在重力的作用下，沿热管内壁返回到加热段，并再次受热汽化。如此循环往复，速度极快、连续不断地将热量从受热段传到放热段。?



图1热管结构原理图

????二、热管换热器的结构和主要特点????热管换热器由很多根热管排列成的管束组成，中间有隔板，参与换热的冷热流体在隔板两侧从热管外部流过，中间隔板保证两种流体不能互相串通。热量通过内部工质不断蒸发、凝结传递。在换热器当中，每根热管是一个独立的传热单元。热管具有如下特点。????1．热管换热器的结构决定了它是典型的逆流换热，由于近于等温工作，因此热管换热器具有较高的换热效率。比常规换热器的传热系数大1020倍。????2．每根热管完全独立，某根或一些热管被腐蚀穿透，不会影响其它热管工作，也不会造成漏风，并可拆卸，易于安装和更换。????3．冷热流体的换热均是在管外表面进行的，所以可通过在热管冷、热侧焊接翅片以强化传热，增大气体换热系数，提高换热器的传热效率。????4．可以方便地通过调整热管数量或冷、热侧的传热面积比来提高管壁温度，有效防止烟气产生的低温腐蚀。????5．可以采用变截面结构，使流体等速流过换热器，提高流体在换热器出口处的流速，有效防止堵灰现象。????6．冷、热流体都在管外流动，流体通道简单、阻力小。冷热流体之间用中隔板严密隔开，防止相互泄漏。即使有的热管一端破裂，冷热液体也不会相互串通。[节能环保]????7．热管换热器无任何运转部件，因而无动力消耗，运行维护费用低，工作安全可靠。热管被磨损后，可翻转1800使用，延长寿命。

1.1热管的结构与原理

热管结构如图3所示。由管壳、封头、吸液芯、工质等组成。管内有工质,工质被吸附在多孔的毛细吸液芯内,一般为气、液两相共存,并处于饱和状态。对应于某一个环境温度,管内有一个与之相应的饱和蒸汽压力。热管与外部热源(T1)相接触的一端,称为蒸发段;与被加热体(T2)相接触的一端,称为冷凝段。热管从外部热源吸热,蒸发段吸液芯中工质蒸发,局部空间的蒸汽压力升高,管子两端形成压差,蒸汽在压差作用下被驱送到冷凝段,其热量通过热管表面传输给被热体,热管内工质冷凝后又返回蒸发段,形成一个闭式循环,包括三个过程:

蒸发段液相工质吸热蒸发;

被蒸发的工质在冷凝段放热冷凝;

冷凝的工质又返回蒸发段再蒸发。



图3热管结构示意图

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因热管的热力循环是在一个封闭的管内实现的,对外界环境而言,热管自高温热源处吸收热量,在低温段放出热量。热管仅是热量传输的工具,工质则是热量传输的载体,驱动工质循环的动力是管两端的温差。

低温发电用锅炉有三类:立式余热锅炉、卧式余热锅炉、热管余热锅炉。前两种锅炉为常规的余热锅炉,这里重点介绍热管余热锅炉(如图1所示)。



图1热管余热锅炉

在“八五”科技攻关“85-518-01”低温余热发电课题中,我们所采用的热管余热锅炉与上述几种余热锅炉又有所不同。为了更多地利用废气低温的能量,在热力系统中,采用了两相流螺杆膨胀机发电(详见图2)。由热管余热锅炉产生2.7MPa,228℃的水及水蒸汽(80%热水,20%水蒸汽)引入螺杆膨胀机膨胀作功,推动螺杆机发电机组发电。出螺杆机的汽水压力为0.45MPa,经扩容分离器分离出的水送回锅炉,蒸汽引入汽轮机发电。出锅炉烟气温度140℃以下。



图2低温发电热力系统流程图

1.窑尾预热分解系统;2.热管余热锅炉;3.螺杆膨胀机;4.扩容分离器;5.汽轮机;6.冷凝器;7、8.水泵

1热管真空管太阳热水系统工作原理（1）热管真空管热管真空管的结构如图1所示。太阳光透过玻璃管照射在吸热板上，太阳选择性吸收膜将太阳辐射能转化为热能。吸热板吸收的热量迅速将热管内少量工质汽化，并迅速上升到冷凝端，放出汽化潜热后冷凝成液体，在重力作用下流回热管蒸发端。利用热管内少量工质的汽—液相变循环过程可连续地将吸收的太阳能传递到冷凝端加热水。为使热管内冷凝后的液体工质流回蒸发端，热管真空管工作时与地面的倾角应大于10°。

图1热管真空管结构图

（2）热管真空管集热器图2所示为热管真空管集热器结构示意图。由该图可见，每支热管真空管的冷凝端通过导热块将热量传递给集管，不断加热其中的水。真空管的冷凝端与导热块刚性连接，被加热水不流经真空管，因此安装十分简单，即使真空管发生损坏，太阳集热器的工作并不会因此而中断。





图2热管式真空管集热器简图

（3）热管真空管太阳热水系统图3所示为热管真空管热水系统工作原理图。热管真空管集热器吸收太阳辐射将水加热，循环泵将储水箱中的低温水输入集热器进行循环加热。循环泵的工作由光控仪控制，当太阳辐照度达不到设定值时，循环泵不工作；如当全天达不到设定辐照度时，也可由辅助加热装置进行加热。

图3热管真空管热水系统工作原理图

2系统主体设计的依据在进行太阳热水系统设计时必须掌握一些基本资料，作为设计的依据。（1）用户要求主要包括：用水量、水温、用水时间的要求；要不要辅助加热，采用何种辅助能源。（2）建筑物的情况主要包括：热水系统安装平面（屋面）的具体尺寸，屋面荷载和承重梁分布情况，屋面正南方向有无建筑物的遮挡，水源和电源情况；让用户提供屋顶平面和结构图纸。