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【百科】熱能工程中熱管技術應用分析
11
01月
2019

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一、熱管在熱能工程中的關鍵技術 

1、均溫技術 
 

主要是利用熱管的等溫性,將一個溫度各處不相等的溫度場變為一個溫度各處都均勻的溫度場。 
 

2、匯源分隔技術 
 

通過使用熱管將熱源和冷源完全分隔開,從而完成熱交換,并且分割距離的長短可以根據現場需要以及熱管的性能進行決定,短則幾十厘米,長則100m不等。在進行連續生產的項目中利用匯源分割技術意義非凡。 
 

3、交變熱流密度 
 

通過使用熱管既可以實現在小面積輸入熱量,大面積輸出熱量,還可以實現大面積內輸入熱量,小面積輸出熱量。這樣能夠有效進行單位加熱傳熱面積與單位冷卻傳熱面積進行熱流量的變換。交變熱流密度在工程項目中有著非常重要的用途,如通過控制管壁溫度預防露點腐蝕。 
 

4、熱控制技術 
  

通過使用熱阻能夠變化的可變導熱管進行傳熱控制,這樣可以有效控制溫度。通常情況下,利用熱控制技術可以有效控制熱源與冷源的溫度。 
 

5、單向導熱技術 
 

在重力熱管的理論下,可以實現熱管的單向導熱,此時的熱管就是一個單項導熱的零部件。單項導熱技術通常可以使用在太陽能工程和凍土永凍工程等工程項目上。 
 

6、旋流傳熱技術 
 

通過轉動產生的離心力可以實現熱管內的工作液體從冷凝段回流到蒸發段 ,或者依靠工作液體的位差實現回流。通常情況下 ,旋轉傳熱技術可以用在高速鉆頭、電機軸等高速回轉軸件等工程項目上。

 
7、微型熱管技術 
  

微型熱管與普通熱管最大的不同在于微型熱管的毛細力是存在于蒸汽通道旁邊液縫彎月面供給的,而不是吸液芯產生的。微型熱管技術通常在半導體芯片、手提電腦的CPU散熱、集成電路等工程項目。 
 

8、高溫熱管技術 
 

高溫熱管內部的工作液體主要是液態金屬,在工作狀態下,金屬造成的飽和蒸汽壓相對較低,從而不會給高溫下的熱管制造高壓。高溫熱管通常應用在核工程、高溫熱風爐、赤熱體取熱、太陽能電站等工程項目。 

 

 
 

二、熱管技術在熱能工程中的應用 

1、熱管技術在航空航天上的應用 

  

在航空航天工業中,各類航天器都面臨著一個共同的難題,那就是航天器正對著太陽的部位溫度特別高,而背對太陽的一側溫度又特別低,由于無法通過空氣的對流完成氣溫的調節,因此這就導致兩部分的溫差高達300多攝氏度。在這樣的情況下,利用熱管技術可以快速實現兩部分溫差的平衡。將熱管安裝到航天器中,面對太陽的一側是蒸發段一側,背對太陽的一側是凝結段一側。熱管的蒸發段在面對太陽的一側吸收了大量熱量,其內部的工作介質蒸發后將熱量傳遞到冷凝段,并在冷凝段釋放熱量再次形成液態工作介質流回蒸發段,然后再次進行循環。這樣往復不停的循環就可以實現航天器兩側溫度的平衡,從而避免因溫差過大導致內部系統故障。 
 

2、熱管技術在鐵路凍土路基上的應用 
  

在我國北方的某些地區,土壤常年處于凍土狀態,每到初夏,溫度升高,凍土層自下而上融化,這樣就會形成翻涌導致鐵路路基松懈,從而引發列車脫軌等嚴重交通事故。在這種情況下,使用低溫熱管就可以有效解決這個難題。在使用低溫熱管的過程中,首先要將低溫熱管埋進凍土層。在寒冷的季節里,凍土的溫度遠高于空氣的溫度,此時熱管內的液氨工質因吸收了凍土中的熱而蒸發,氨蒸汽在壓力差的作用下,不斷流到管腔的上部,并在上部釋放出汽化潛熱,然后冷凝成液體后流回蒸發段,然后再在蒸發段蒸發成氣體再次進行循環,這樣,通過低溫熱管就可以將凍土中的熱輸送到大氣中。在溫暖的季節,空氣的溫度遠高于凍土的溫度,此時液氨蒸汽到達冷凝段后,由于外部溫度較高,氨蒸汽不再冷凝,此時便會達到汽相和液相之間的平衡,液氨便不再蒸發,熱管也就停止了工作,空氣中的熱量也不能傳遞到凍土之中。這樣一來,凍土的溫度一直保持著上面溫度高,下面溫度低的狀態,從而有效避免了翻涌現象的出現。 
 

3、熱管技術在煉焦爐余熱回收工程中的應用 
  

通常情況下,煉焦爐排放出來的煙氣溫度較高,如果不能進行回收利用,將會造成極大的浪費。將熱管安裝到煉焦爐的煙囪內便可以有效吸收大量余熱。首先,熱管內的工作介質吸收煙囪內的熱量后蒸發成氣體后進入凝結段,在凝結段內完成熱量釋放后再次形成液態工作介質流回蒸發段,然后再次進行循環。通過凝結段釋放出來的熱量可以加熱除鹽水,由于熱管傳遞的熱量相當多,因此,除鹽水被加熱后可以產生大量的汽水混合物,汽水混合物在上升管集箱內進行匯合,然后進入汽包并在汽包內完成汽水分離,然后飽和蒸汽流進主蒸汽管道,飽和水沿下降管流進下降管集箱,并最終進入熱管內的凝結段,再次進行循環。 
 

4、熱管技術在紡織行業余熱回收工程中的應用 
  

通常情況下,熱管技術在紡織行業進行余熱回收時主要進行定型機的廢氣余熱的回收。在這個過程中,熱管將定型機內排出的廢氣中進行熱能回收,然后再將回收的熱能重新輸送到定型機烘箱內。熱管主要安裝在廢氣排放口處,這樣當含有大量熱的廢氣一排出就可以進行余熱回收,這樣可以達到回收熱能的最佳效果。在工作過程中,鮮風在定型機內負壓的作用下流入熱管的蒸發段,在蒸發段吸收大量的熱量后被傳遞到高效傳熱熱管的新風端,然后吸收了大量熱量的新風就可以流到定型機烘箱散熱器附近 ,這樣就完成了余熱的回收。 
 

5、熱管換熱器在火電廠鍋爐上的應用 
  

熱管式換熱器基本結構如下:它有很多的排成管束的熱管組成,中間有一隔板 ,煙氣和空氣分別在熱管外部兩側流過;熱量主要通過熱管內部的蒸發--冷凝來傳熱。這種換熱器的主要特點:1)它是個典型的逆流換熱,又因熱管本身接近于等溫工作,這就使熱管換熱器具有較高的換熱效率;2)冷、熱流體用隔板嚴密隔開,可以消除兩種流體互相泄漏的現象。即使熱管有一端破裂,也不會使冷熱流體相互串通;3)每根熱管都是獨立的,并可拆卸,易于檢修和更換。 
  

6、熱管換熱器應用火電廠鍋爐空氣預熱器,有利于解決以往空氣預熱器的磨損、腐蝕、堵灰、漏風等難題。這是因為:1)熱管在煙氣側的管壁溫度是均勻的。可以通過調節熱管的冷熱段大小來調節管壁溫度,使之高于煙氣的酸露點和水蒸氣露點,避免腐蝕的發生;2)如果管壁溫度高于酸露點和水蒸氣露點,則附著于管外表面的煙氣呈干燥而疏松狀態。設計一定的煙速可使煙氣有自吹灰作用,避免了灰的堆積和堵塞;3)熱管式空氣預熱器的結構本身保證了漏風系數為零。即使個別熱管被腐蝕或磨穿,由于熱管兩端密封,也不可能產生漏風;4)熱管式空氣預熱器可以減小磨損。目前熱管空氣預熱器在大型機組上成功的應用已證明了它是一個非常理想的換熱裝置。 

 

 
 

三、結語

隨著人類對資源的開發和利用,傳統能源逐漸減少,將熱管技術應用于熱能工程,不但可以實現熱能的有效流動,而且還可以節約大量的能量,從而實現節約能源的目的。盡管這樣,大力推行熱管技術還存在著技術上的難題,這就需要科研人員繼續加大科學研究的力度,解決熱管技術的難題,不斷推動熱管技術的快速發展。

 

來源 | 暖通空調在線百科

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