传热学热管ppt

八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例
解决方案：
（1） 合理的控制排烟温度 根据烟气的露点温度合理确定排烟温度，一般而言，排烟温度 应高于露点温度20～30℃。另外，在冬、夏季节环境温度相差 较大的情况下，应控制不同的排烟温度，在冬季排烟温度应适 当提高。 （2） 增设前置预热器，提高空气入预热器的温度，可有效的 防止露点腐蚀。 （3） 对空气风道进行傍路设计，当烟气温度较低或环境温度 较低时，可将部分换热后空 气混合到冷空气中，以提高空气的入口温度。 （4） 进行调壁温防低温腐蚀设计。通过调节冷热端的结构参 数，提高热管换热器的最低壁温，防止低温腐蚀。
变截面换热设备能保证其进出口具有相同的自清 灰能力，一般认为换热设备内实际流体流速达到 8m/s便可起到自清灰的作用，设计时可取8～ 12m/s，对于可能引起严重磨损的部位流体流速 可取6～8m/s，以免引起管子快速磨损而损坏穿 孔。
八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例
热管的露点腐蚀：
当热管换热器在低温烟气中使用，换热器热管常常 会遇到低温露点腐蚀问题。有时即使在正常的排烟 温度下，在烟气出口侧（在没有前置预热器的情况 下）最后几排热管也存在低温露点腐蚀。根据传热 学我们可知道，烟气侧壁温主要与冷、热流体的温 度、传热系数及换热面积有关，它与热流体的温度 、换热系数、面积及冷流体的温度从正比，而与冷 流体的传热系数和面积成反比。当冷、热侧传热系 数和换热面积基本一定的情况下，在冷流温度较低 时，烟气侧壁温就有可能在露点温度以下，而发生 露点腐蚀。
热管图示
四、组成与工作过程
组成及材质要求
一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态， 充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由 毛细多孔材料构成。 热管材料:应满足使用的温度要求，并且要耐压，有好的导热性能 和化学稳定性。一般采用铜、铝、碳素钢、不锈钢、钢姆复合管 等。在特殊情况下，也可以采用非金属材料，如玻璃、陶瓷等。 热管的工质选择，主要取决于热管的工作温度范围，工质物理性 质与工质、管壳以及管芯之间的化学相容性。其其体要求是。汽 化潜热高、导热系数高、粘度低、表面张力大、适当的沸点等。 在热管中蒸汽或液体的流动，都需要一定的压差来克服其流动阻 力，这些压差必须由管芯和液体所产生的毛细压头来加以平衡
四、组成与工作过程
工作过程
过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：
(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传 递到（液－汽）分界面； (2)液体在蒸发段内的（液－汽）分界面上蒸发； (3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段； (4)蒸汽在冷凝段内的汽－液分界面上凝结； (5)热量从（汽－液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给 冷源； (6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸 发段。
只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的 工作寿命及工业应用的可能性。 影响热管寿命的因素很多，归结起来，造成热 管不相容的主要形 式有以下三方面，即： (1)产生不凝性气体 (2)工作液体物性恶化 (3)管壳材料的腐蚀、溶解
八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例
八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例
解决该问题可采用变截面设计法，以等体积流速 法代替等质量流速法。对于某一参数一定的换热 设备，质量流量是一个常数，如要维持体积流速 不变，只有改变换热面积来抵消密度的变化，随 着烟气温度的降低，密度将增大，要维持流速一 定，换热设备的流通面积将减小，所以以等体积 流速设计的换热设备的截面为一等边梯形。
三、热管的基本工作原理
工作原理：
物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必 然出现热从高温处向低温处传递的现象。热传递有三种方式：辐 射、对流、传导，其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使 得热管两端温度差很大，使热量快速传导。 典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1.3×（101-104)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁毛细多孔材料 中的吸液芯充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段)，另 一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。 当热管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压 差下流向另一端，放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛 细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至 另—端。热管在实现这一热量转移的。
八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例 采取的对策（二）
气相换热的热管换热器，管外都采用加肋强化传热，翅 片形式多选用穿片或螺旋型缠绕片，这些翅片的结果紧 凑，肋化比高，效果明显，但缺点是极易积灰结垢。对 于高粉尘流体即使翅片间距取到12～20mm，在某些情 况下也会出现严重积灰，因此对于高含尘流体目前趋向 于选择以下两种结构： （轴对称单列纵向直肋翅片 轴对称单列纵向直肋翅片结构简单，制作方便，相对肋 化比低，不易积灰。如果将翅片做成不等高，即降低背 后翅片高度，可进一步减少积灰。目前此种结构的热管 换热器投入工业应用的已见报道，效果不错。
六、热管的分类
(1)按照热管管内工作温度区分热管可分为：低温热管(—273－0℃) 、常温热管(0—250℃)、中温热管[250－450℃)、高温热管(4501000℃)等。 (2)按照工作液体回流动力区分热管可分为：有芯热管、两相闭式 热虹吸管(又称重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力 热管、磁流体动力热管、渗透热管等。 (3)按管壳与工作液体的组合方式划分(这是一种习惯的划分方法) 可分为：铜—水热管、碳钢—水热管、铜钢复合—水热管、铝—丙 酮热管、碳钢—萘热管、不锈钢—钠热管等。 (4)按结构形式区分可分为：普通热管、分离式热管、毛细泵回路 热管、微型热管、平板热管、径向热管等。 (5)按热管的功用划分可分为：传输热量的热管、热二极管、热开 关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等
一、热管的发现
热管是1963年美国LosAlamos国家实验室的 G.M.Grover发明的一种称为“热管”的传热元 件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快 速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅 速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金 属的导热能力，在散热器制造行业占有重要的 地位。
二、应用前景
八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例
解决方案
知道了水对碳钢的腐蚀机理，能帮助我们找到相应的解决办法， 尽可能的延长热管的使用寿命，目前主要的方法有： （1） 碳钢管材的高温蒸汽表面钝化 （2） 碳钢管材的化学液钝化 （3）工质内添加缓蚀剂 （4）排放法和渗透法 （5） 氧化除氢法 针对化学钝化膜不稳定、排放法和渗透法不易操作、高温蒸汽 钝化所需场地设备及投资较大，最好的热管延寿方法应为化学钝 化、缓蚀剂及氧化除氢技术的配合使用。
六、热管的分类
6、按照热管的内部组成结构：
热熔渣结构
六、热管的分类
按照热管的内部组成结构：
热熔渣结构
工艺复杂、成本高、传热效果最佳。
六、热管的分类
按照热管的内部组成结构：
沟槽结构
六、热管的分类
按照热管的内部组成结构：
沟槽结构
制作更易更高，工质回流效果最好，散热效果次于前
钢-水热管中存在着化学反应和电化学反应，这是一种不可避免的 金属腐蚀过程，只能抑制或延缓，而不可能消除，因此，钢-水热 管相容性问题所采用的对策也只能是延寿，而不能根治。常见问 题有三类：1化学腐蚀 2积灰3露点腐蚀
1、化学腐蚀
化学 Fe + H2O ==== FeO + H2 ↑ 2 Fe + 3 H2O ==== Fe2O3 + 3 H2 ↑ 3Fe + 4 H2O ==== Fe3O4 + 4 H2 ↑ 电化学 H+ + 2e === H2 ↑ Fe - 2e === Fe2+ Fe2++ OH- === Fe（OH）2 ↓ 3 Fe（OH）2 ==== Fe3O4 +2 H2O+ H2 ↑（在高温和有水 存在的状态下）
八、相容性问题的解决-以钢-水热管为例
解决方案（一）
（1）根据流体含尘的状况，合理选择换热设备及其 传热元件的结构和形式，以达到不积灰或少积灰的 目的。 （2）改变换热设备内流体的流速，以减少或清除积 灰。 （3） 采用化学清灰剂清灰。 （4） 吹扫和用机械方法清除管子表面积灰。 以上几种方法中最有效的是（1）和（2）两种，（3 ）和（4）两种方法是在积灰生成以后再去清除，有 滞后性。
6恒温特性(可控热管)------普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的
变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随之变化。
7环境的适应性-----热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成
电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，以适 应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面(重力场)，也 可用于空间(无重力场
六、热管的分类
按照热管的内部组成结构：
多重金属网孔结构
六、热管的分类 按照热管的内部组成结构：
多重金属网孔结构
结构简单、制作简单、成本低，散热效果差于前两者
七、热管的相容性及寿命
热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳 体不发生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热 管的工作性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。
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4热流方向可逆性---------一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动
力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段
5热二极管与热开关性能----热管可做成热二极管或热开关，所谓热二
极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当 热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不 传热。