第一部分：热管及热管换热器
热管与热管换热器设计基础
热管是一种利用液体的湿润性和蒸发冷却原理进行热传导的装置，具有高效、均匀、可控的热传导能力。
热管换热器则是利用热管进行热传导和热交换的换热设备。
以下是热管和热管换热器设计的基础知识：1.热管的工作原理：热管由内外壳体、工作流体和蒸汽管组成。
当热管的工作端加热时，内部的工作流体沸腾产生蒸汽，蒸汽通过蒸汽管传输到另一端，然后在冷却区域重新凝结为液态，液体通过液管回流到工作端。
这样，热量通过蒸汽和液体的相变传导实现了从热源到热汇的传递。
2.热管特性：热管具有高导热性、无需外部能源驱动、传热均匀、尺寸小巧等特点。
它可以将热源与热汇之间的温度差降低到很小的范围，实现高效的热传导。
3.热管换热器设计要点：●热管选择：根据具体应用需求选择合适的热管，考虑工作温度范围、导热性能、流体类型等因素。
●散热需求：确定需要传热的功率和温度差，以便选择合适的热管尺寸和数量。
●热管布局：考虑热源和热汇的位置关系，设计合适的热管布局，使热量能够有效传导到需要的位置。
●换热介质：选择合适的换热介质（如空气、水、液体等），确定流体的流速和换热方式（对流、辐射等）。
●结构设计：考虑热管的结构材料、密封性、耐腐蚀性等因素，确保热管换热器的稳定性和可靠性。
4.热管换热器的应用：热管换热器广泛应用于电子设备散热、航天器热控、工业生产过程中的热回收等领域。
它在提高换热效率、降低设备体积和重量方面具有重要的作用。
总而言之，热管和热管换热器的设计基础包括热管工作原理、热传导特性、热管选择、散热需求、热管布局、换热介质选择以及结构设计等方面。
这些基础知识是设计高效热管换热器的关键。
热管换热器设计计算及设计说明
热管换热器设计计算及设计说明热管换热器设计计算及设计说明1.引言1.1 背景1.2 目的1.3 范围2.设计要求2.1 传热需求2.2 材料选择2.3 设计参数①换热面积②压降限制③管子尺寸④工作温度3.热管换热器基本原理3.1 热管换热器工作原理3.2 热管换热器的优点和应用领域4.设计计算4.1 换热器传热计算①热传导模型②热阻计算4.2 管子尺寸计算4.3 热管液体填充计算4.4 压降计算5.设计方案5.1 热管换热器结构设计①整体结构②管板结构③热管布置5.2 材料选用及制造工艺6.工程图纸6.1 总装图6.2 管板图6.3 管子图6.4 附件图7.安装与使用注意事项7.1 安装步骤7.2 操作须知7.3 维护保养附件：1.热管换热器结构设计图纸2.材料选择与使用说明书3.设备运行参数记录表本文所涉及的法律名词及注释：1.设计要求：设计过程中必须满足的相关要求和标准。
2.传热需求：根据工况和热流量确定的需要传热的要求。
3.材料选择：根据工作条件和传热要求选择合适的材料进行设计和制造。
4.设计参数：在设计过程中使用的相关参数，如换热面积、压降限制等。
5.工作温度：换热器在实际工作过程中的温度范围。
6.热传导模型：用于计算热管换热器传热效果的数学模型。
7.热阻计算：通过计算换热管道和外界之间的热阻来评估传热效果。
8.管子尺寸计算：根据传热需求和阻力要求，计算管道的尺寸。
9.热管液体填充计算：根据液体性质和工作温度，计算填充液体的数量和性质。
10.压降计算：根据流体流速和管道尺寸计算流体流经换热器时的压降。
11.设计方案：根据1.2节的目的和设计要求，提出符合要求的热管换热器结构设计。
12.制造工艺：制造热管换热器时需要采用的工艺方法。
13.总装图：热管换热器的整体结构图。
14.管板图：热管换热器中管板的结构图。
15.管子图：热管换热器中管道的结构图。
16.附件图：包括安装附件和连接管件的结构图。
第三章2 热管换热器(热管换热器).
2015
换热器
原理与设计
Principle and design of heat exchanger
Principle and design of heat exchanger
2015
3.5 热管换热器
热管换热器是一种新型、高效、节能换热器，广泛使用于航天航空业，并逐步 用于加热炉对流室烟气余热回收中。它是由数根热管组成的。热管外部装有翅片以 提高传热效果。热管管束中间装有隔板，冷、热流体分别在隔板的两侧流动，通过 热管进行热量传递。
2015
③ 旋转热管：工作液体的回流依靠离心力的分力作用
④ 重力辅助热管：同时受到毛细力和重力作用使凝液回流。当具有吸液芯的热管处于 冷凝段在加热段上方位臵时，热管就将按重力辅助热管方式运行
Principle and design of heat exchanger
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3.5.3 热管的工作特性 热管为什么能工作？ 因为吸液芯的泵送作用
Principle and design of heat exchanger
2015
热管的传热过程
六个传热步骤：
1）热量从热源通过壳壁和充满液体工质的吸液芯传递到液汽分界面上 2）液体在蒸发段内的液-汽分界面上蒸发 3）蒸汽通过蒸汽腔输送到冷凝段 4）蒸汽在冷凝段内的汽-液分界面上冷凝
5）热量从冷凝段内的汽-液分界面通过吸液芯和壳壁传给外热汇（即冷源）
Principle and design of heat exchanger
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管芯的结构 1）紧贴管壁的单层及多层网芯，图3.66（a） 2）烧结粉末管芯，图3.66（b），它是由一定目数
热管换热器工作原理及特点-概述说明以及解释
热管换热器工作原理及特点-概述说明以及解释1.引言1.1 概述热管换热器是一种高效换热设备，利用热管作为传热介质，通过在换热器内部的传热管路中进行传热工作，实现热量的传递和换热。
热管换热器具有结构简单、能耗低、换热效率高等特点，在工程领域得到了广泛的应用。
本文将重点介绍热管换热器的工作原理、特点以及在工程应用中的优势，希望通过深入的研究和分析，能为读者提供更加全面和深入的了解，为今后热管换热器在工程实践中的应用提供借鉴和参考。
1.2 文章结构本文将首先介绍热管换热器的工作原理，包括其基本工作原理和传热过程，以帮助读者深入了解热管换热器的工作机制。
接着，我们将探讨热管换热器的特点，包括其高效换热、结构简单等优势，以便读者对热管换热器在工程中的应用有更全面的认识。
最后，我们将重点讨论热管换热器在工程应用中的优势，以展示其在实际工程中的重要性和价值。
通过对热管换热器的原理、特点和应用优势进行全面介绍，本文旨在帮助读者深入理解和应用热管换热器技术。
1.3 目的：本文旨在深入介绍热管换热器的工作原理及特点，探讨其在工程应用中的优势。
通过对热管换热器的全面解析，旨在帮助读者全面了解该换热器的优点和适用领域，为工程实践提供参考和指导。
同时，通过对热管换热器未来发展前景的展望，进一步探讨该技术在换热领域的潜力和发展方向。
希望本文能为读者提供一份全面且深入的研究参考，促进热管换热器技术的不断创新与发展。
2.正文2.1 热管换热器的工作原理热管换热器是一种利用热管换热原理实现热量转移的换热设备。
其工作原理是通过热管内介质的相变过程来实现热量的传递。
热管换热器主要包括蒸发段和冷凝段两部分。
在蒸发段，工作介质（如液态水）受热后蒸发成为蒸汽，蒸汽通过热管的热传递作用被传输到冷凝段。
在冷凝段，蒸汽失去热量后冷凝成为液态介质，释放出的热量再次通过热管传递到冷却介质。
通过这样的过程，热管换热器实现了热量的高效传递，并具有一定的节能效果。
热管换热器实验实验报告
热管换热器实验之实验报告一、实验题目：热管换热器实验二、实验目的：熟悉热管换热器实验台的工作原理及使用方法，了解热管换热器的换热量温度、风速之间的关系，掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测试和计数方法。
三、实验步骤1．连接电位差计和冷端热电偶（将冷端热电偶放在冰瓶里，如无冰瓶，可不接冷端热电偶而将冷端热电偶的接线柱短路，测出的温度应加上室温）。
2．打开热球风速仪，加热稳定20分钟（具体使用方法阅仪器说明书）。
3．接通电源，将工况开关按在“I”位置（450W），这时电加热器和风机开始工作。
4．用热球风速仪在冷热端出口的测孔中测量风速。
为使测量工作在风道温度不超过400C的情况下进行，必须在开机后立即测量。
5．待工况稳定后（大约20分钟）按下琴键开关，切换测温点，逐点测量冷热端进出口温度1L T、2L t、1r T、2r T。
6.将工况开关按在“Ⅱ”的位置（1000W），重复上述步骤，测量工况的冷热段进出口温度。
7.实验结束后，切断所有的电源。
四、实验参数及测试数据 （1）实验台参数冷段出口面积220.09/40.0064L F m π== 冷段传热表面积20.536L f m =热段出口面积220.160.0256r F m == 热段传热表面积 20.496r f m =（2）测试数据（工况Ⅰ：450W ； 工况Ⅱ：1000W ） 数据记录注：由于实验时冷热段出口温度只测一次，故将其作为平均值来计算。
五、换热量、传热系数及热平衡误差的计算（1） 单位时间的换热量P Q M C t⋅=∆式中：PC ——干空气的定压比热，取01/()P C KJ Kg C =⋅M g——单位时间内质量流量，(/)M V F kg s ρ=⋅⋅gt ∆——温差（0C ）a 、冷段换热量L Q ：210.24(3600)()L L L L l L Q V F t t ρ=⋅⋅- （/kcal h ）式中：L V ——冷段出口平均风速（/m s ）L F ——冷段出口面积220.09/40.0064L F m π==Lρ——冷段出口空气密度（3/kg m ）2L t ——冷段出口温度（0C ） 1L t ——冷段进口温度（0C ）b 、热段换热量r Q ：210.24(3600)()r r r r r Q V F t t ρ=⋅⋅- （/kcal h ）式中： r V ——热段出口平均风速（/kcal h ）rF ——热段出口面积（2m ）220.160.0256r F m ==r ρ——热段出口处空气密度（3/kg m ）2r t ——热段出口温度（0C ） 1r t ——热段进口温度（0C ）（2）热平衡误差%r LrQ Q Q δ-=（3）传热系数KLQ K F t =⋅∆ （20/kcal m h C ⋅⋅）式中：F ——传热面积（2m ） F=f L +f r =1.032 m 2t ∆——温差（0C ）122122r L r L t t t t t ++∆=-根据空气的状态表，由温度查得相应的密度，可得：将上面数据整理后，最后得两种工况的实验结果如下表所示：从实验结果可以看出，此种换热器的传热效率比较低。
热管换热器实验报告
热管换热器实验报告热管换热器实验报告摘要：本实验通过对热管换热器的性能进行测试和分析，探究其在热传导中的应用潜力。
实验结果表明，热管换热器具有高效、节能、可靠的特点，适用于多种工业领域。
引言：热管换热器是一种利用热管传导热量的换热设备，其原理基于热管内工作流体在高温端吸热、低温端释热的特性。
热管换热器由热管、外壳、冷却介质等组成，广泛应用于空调、电子设备、航天器等领域。
实验方法：本实验使用了一台自行设计的热管换热器实验装置，主要包括一个加热器、一个冷却器和一个观测仪器。
首先，将热管换热器装置连接好，并确保无漏气现象。
然后，通过控制加热器的电压和电流，提供一定的热源。
同时，通过调节冷却器的温度，模拟不同的冷却条件。
最后，利用观测仪器记录热管换热器的温度变化情况。
实验结果与分析：在实验过程中，我们改变了不同的加热功率和冷却温度，记录了热管换热器的温度分布。
实验结果显示，随着加热功率的增加，热管的温度逐渐升高，而冷却端的温度则相应下降。
这表明热管换热器能够有效地将热量从高温端传导到低温端。
此外，我们还发现热管换热器的性能受冷却温度的影响。
当冷却温度较低时，热管换热器的传热效果更好，温度差也更大。
而当冷却温度较高时，热管换热器的传热效果会受到一定的限制，温度差较小。
这说明在实际应用中，选择合适的冷却温度对于热管换热器的性能至关重要。
讨论与展望：热管换热器作为一种高效、节能的换热设备，具有广泛的应用前景。
在空调领域，热管换热器能够提高空调系统的能效，减少能源消耗。
在电子设备领域，热管换热器能够有效地降低电子元件的工作温度，提高设备的稳定性和寿命。
在航天器领域，热管换热器能够应对极端的温度环境，确保航天器的正常运行。
然而，热管换热器仍然存在一些挑战和待解决的问题。
例如，热管换热器的制造成本较高，需要进一步降低生产成本。
同时，热管换热器的可靠性和耐久性也需要进一步提高，以满足长期使用的要求。
结论：通过本次实验，我们对热管换热器的性能进行了测试和分析，发现其具有高效、节能、可靠的特点。
热管换热器原理
热管换热器原理
热管换热器又称热阻换热器，是一种利用流体和电流的特性，使温度不同的流体之间进行相互换热的热交换装置。
它是一种热交换器，它可以将热能从一个温度高的流体传给另一个温度低的流体，它的结构比较简单，比其他的热交换器更加紧凑，可以很容易地实现连续换热或者间歇换热，具有热负荷大、抗热震动能力强等优点，因此它可以用于多种不同的工业应用当中。
热管换热器的工作原理是，在一种叫做“表面热传导”的效应下，两个不同温度的流体之间通过一层电热组件的表面的热传导作用而
实现换热，而不会改变他们的物理性质。
原理如下：流体在电热组件的表面产生不同的温度，高温流体从其内部提供热量，而低温流体从自身抽取热量，使得所有的温度都达到平衡。
热管换热器可以采用多种不同的结构方式来实现换热，它一般分为单管和双管两种结构，单管结构是由一组热管组成，流体在同一管内换热；双管结构是由两组热管组成，流体在不同管的内部换热。
其中最常见的是双管设计，它有较强的扩展性，通常使用外罩罩套住热管以及它们之间的空隙，以形成一个完整的换热装置，有时会与其他换热装置搭配使用，来实现更加完善的换热效果。
由于热管换热器的结构简单，可以实现连续换热或者间歇换热，而且在换热过程中，温度变化不会对流体状态产生影响，因此，它可以应用在多种情况当中，如食品加工、精细化工、汽车系统制冷和水处理等。
此外，它也可以用于除湿和加湿，控制室温，减少空调能耗，
进行冷却、加热和蒸汽等多种工业过程。
热管换热器已经成为当今工业领域最为重要的热交换器之一，它将继续在工业应用中发挥重要作用，在未来的发展中还将获得更多的突破，它将成为工业应用中不可缺少的强大工具。
热管换热器的工作原理
热管换热器的工作原理
热管换热器是一种高效的换热设备，其工作原理基于热管的热传导和相变换热原理。
热管换热器由一个密封的环形金属管组成，其中充满了工作流体（一般为高热传导性的液体，如水、乙醇等）。
热管两端分别被安装在热源和冷源之间。
当热源给热管提供热量时，热管内的工作流体变为高温高压态，此时由于热管内部压力差异，工作流体会向冷端流动。
当热管接近冷源时，由于周围温度较低，工作流体开始从气态转变为液态，这个过程释放出大量潜热，从而使得热量能够快速传递到冷源。
当热源提供的热量减少或停止时，热管内的工作流体重新流回到热源端，并通过自然对流或外部强迫对流被重新加热，重新循环。
通过热传导和相变换热的循环过程，热管换热器能够高效地将热量从热源传递到冷源，实现有效的换热。
与传统的换热器相比，热管换热器具有体积小、重量轻、换热效率高等优点，广泛应用于航空航天、电子技术、制冷空调等领域中。
热管换热器及设计计算
冷流体4.9t/h 进口温度70℃ 出口温度135℃
热流体速度 0.8m/s
冷流体速度 1.5m/s
螺旋板式换热器板宽 0.3m
? 设计结果
换热面积 8.4m2
螺旋通道长度 14m
THANKS
? 翅片材料-低碳钢 焊接方式-高频焊接
? 光管外径0.032m 热管内径0.027m
? 热管全长2m
翅片高度0.015m
主要设计步骤
? 计算传热量、空气流出口温度和对数平均 温差
? 确定引风面积、迎风面管排数 ? 求总传热系数 ? 求加热侧总传热面积、热管换热器根数 ? 求换热器纵深方向排数 ? 求流体通过热管换热器的压力降
? 常规设计计算法与常规间壁式换热器相似 将热管群看成是一块热阻很小的“间
壁”，热流体通过“间壁”的一侧不断冷却， 冷流体通过“间壁”的另一侧不断被加热。
主要原始数据
? 排烟烟气流量4507m3/h 温度240-260℃
? 预热空气流量3800m3/h
进口温度20℃ 出口温度160-170℃
? 热管工质-水 管壳材料-20号锅炉无缝钢管
主要内容
? 热管介绍 ? 热管换热器分类 ? 热管换热器设计计算 ? 热管技术的应用 ? 螺旋板换热器介绍 ? 螺旋板换热器设计计算
热管的介绍
? 热管一般由管壳、毛细多孔材料 吸液芯和工作介质组成。
? 在蒸发段吸热热量气化成气体； ? 在冷凝段放出气化潜热热凝结成
液体； ? 在工业利用中，工作介质依靠重
螺旋板式换热器较多采用液 -液换热。
螺旋板式换热器分类
1、按流动方式分 ? 逆流型 ? 错流型 ? 混合型 2、按焊接方式分 ? “Ⅰ”型 螺旋体端面全部焊
热管的换热基本知识及其换热计算
热管的换热原理及其换热计算一热管简介热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。
热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。
其结构如图所示：热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。
蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。
在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。
放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。
冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。
如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。
绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。
在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。
根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。
基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。
(1) 产品展示(2) 产品参数说明项目技术参数热管长度> 100mm主体材料铜管毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管工作介质冷媒设计工作温度30~200℃设计使用倾角> 5°传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号) 热阻系数< 0.08℃/W (参考值)传热功率测试原理测试总体要求1）加热功率有功率调节仪控制输入；2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)；3）管壁上监测点的温度变化在5min内小于0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传热功率为最大传热功率。
热管换热器(热管换热器)
Principle and design of heat exchanger 2015
③Hale Waihona Puke 旋转热管：工作液体的回流依靠离心力的分力作用
④ 重力辅助热管：同时受到毛细力和重力作用使凝液回流。当具有吸液芯的热管处于 冷凝段在加热段上方位置时，热管就将按重力辅助热管方式运行
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换热器
原理与设计
Principle and design of heat exchanger
Principle and design of heat exchanger 2015
3.5 热管换热器
热管换热器是一种新型、高效、节能换热器，广泛使用于航天航空业，并逐步 用于加热炉对流室烟气余热回收中。它是由数根热管组成的。热管外部装有翅片以 提高传热效果。热管管束中间装有隔板，冷、热流体分别在隔板的两侧流动，通过 热管进行热量传递。
Principle and design of heat exchanger 2015
3）工作液 对工作液的要求： 要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸点，较低的粘度及良好的
稳定性 应有较大的表面张力和润湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生
必须的毛细力 不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物质将积累在蒸发段破坏毛
Principle and design of heat exchanger 2015
3.5.2 热管的结构
轴向分为三个区域：蒸发段（或称热源段、热端）、蒸发输送段（或称绝热段）、 冷凝段（或称热汇段、冷端）
热管的换热原理及其换热计算
热管的换热原理及其换热计算一热管简介热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。
热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。
其结构如图所示：热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。
蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。
在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。
放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。
冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。
如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。
绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。
在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。
根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。
基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。
(1) 产品展示(2) 产品参数说明项目技术参数热管长度> 100mm主体材料铜管毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管工作介质冷媒设计工作温度30~200℃设计使用倾角> 5°传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号) 热阻系数< 0.08℃/W (参考值)传热功率测试原理测试总体要求1）加热功率有功率调节仪控制输入；2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)；3）管壁上监测点的温度变化在5min内小于0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传热功率为最大传热功率。
热管式热交换器设计说明
本科毕业设计说明书热管式热交换器（烟气余热回收空气预热器）Heat pipe heat exchanger (flue gas heat recovery air preheater)摘要热管是一种依靠管内工质的蒸发，凝结和循环流动而传递热量的部件。
由热管元件组成的，利用热管原理实现热交换的换热器称之为热管换热器。
热管换热器最大的特点是：结构简单，传热效率高、动力消耗小。
其越来越受到人们的重视，是一种应用前景非常好的换热设备。
目前，它被广泛应用于动力、化工、冶金、电力、计算机等领域。
本文就热管换热器的发展现状、趋势、应用及设计做了一个简要的论述，着重探讨了热管换热器的设计。
在讨论热管换热器的设计过程中，主要针对热力计算，设备结构计算、元件参数的选择做了一个合理构建。
关键词：热管；热管热交换器；设计计算；ABSTRACRely on heat pipe is a pipe working fluid evaporation, condensation and recycling the flow of heat transfer member. Components of the heat pipe, heat pipe principle the use of heat exchange heat exchanger called the heat pipe heat exchanger. Heat pipe heat exchanger biggest feature is: simple structure, high heat transfer efficiency, power consumption is small. Which more and more people's attention, is a very good application prospects heat transfer equipment. Currently, it is widely used in power, chemical, metallurgy, electric power, computers and other fields. In this paper, the development of heat pipe heat exchanger status, trends, application and design to make a brief discussion, focused on the heat pipe heat exchanger design. In discussing the heat pipe heat exchanger design process, mainly for thermal calculation, equipment, structural calculations, component selection of parameters made a reasonable construction.Key words：Heat pipe；Heat pipe heat exchanger；Design calculations；目录第一章绪论 (1)第一节热管及热管换热器概述 (1)第二节热管及其应用 (3)1.2.1热管的构造原理 (3)1.2.2热管的工作原理 (7)1.2.3热管的基本特性 (8)1.2.4热管分类 (8)1.2.5热管技术 (9)1.2.6热管技术特点 (10)第二章热管换热器 (12)第一节热管换热器技术优势 (12)第二节热管换热器的分类 (12)第三节换热器应用前景 (14)第三章热管气-气换热器设计中应注意的问题 (16)第四章热管气-气换热器设计步骤 (17)第一节计算步骤 (17)第二节符号说明 (19)第三节标注说明 (20)致谢 (22)参考文献 (23)附录 (25)外文资料及翻译 (35)任务书 (55)第一章绪论第一节热管的发展及现状在现有的传热元件中，热管是我们所知的最高效的传热元件之一，它能将大量热量通过其特别小的截面积远距离地传输而不需要外加动力。
热管技术
余热回收器
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(气-水) RYRHS-A型热管余热回收器是 燃煤,油,气锅炉专用设备,安 装在锅炉烟口,回收烟气余热加 热生活用水或锅炉补水.其构造 如图所示:下部是烟道,上部为 水箱,中间有隔板.顶部有安全 阀,压力表,温度表接口,水箱 有进出水和排污口.工作时,烟 气流经热管余热回器烟道冲刷热 管下端,热管吸热后将热量导至 上端,热管上端放热将水加热. 为了防止堵灰和腐蚀,余热回收 器出口烟气温度一般控制在露点 以上,即燃油,燃煤锅炉排烟温 度≮130℃,燃气锅炉排烟温度 ≮100℃,节约燃料4-18%.
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(气-气) RYRHS-B型热管余热回收器是燃 油,煤,气锅炉专用设备,安装在 锅炉烟口或烟道中,将烟气余热回 收后加热空气,热风可用作锅炉助 燃和干燥物料.其构造如图所示: 四周管箱,中间隔板将两侧通道隔 开,热管为全翅片管,单根热管可 更换.工作时,高温烟气从左侧通 道向上流动冲刷热管,此时热管吸 热,烟气放热温度下降.热管将吸 收的热量导致右端,冷空气从右侧 通道向下逆向冲刷热管,此时热管 放热,空气吸热温度升高.余热回 收器出口烟气温度不低于露点.
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2 热管工作原理
2.1 热管的组成（典型热管）管壳、吸液芯、工质
热管：是一种传热性极好的人工 构件，常用的热管由三部分组成： 主体为一根封闭的金属管（管 壳），内部空腔内有少量工作介 质（工作液）和毛细结构（管 芯），管内的空气及其他杂物必 须排除在外。热管工作时利用了 三种物理学原理：
⑴在真空状态下，液体的沸点降低； ⑵同种物质的汽化潜热比显热高的多； ⑶多孔毛细结构对液体的抽吸力可使 液体流动。
热管内质量流、压力和温度分布
热管液汽分界面的形状
（a）管起动前的液—汽交界面 （b）热管工作时的液—汽交界面 （c）吸液芯内液—汽界面参数
注意：热管中的水会
因为内部低压而在100℃ 以下就沸腾蒸发。
热管工作过程动画
热量散失
水蒸汽流 热量输入
水蒸汽冷凝
液态水蒸发
液体由于重力 或吸附力回流
热管的传热极限
从图中可以看出：当工作温度低时，最易出现粘性极限及声速极限。 而在高温下 则应防止出现毛细极限及沸腾极限。故热管的工作点必须选择在包络线的下方。
3 热管基本特性
• 相变传热，热阻小→极高的导热性→换热效率高，节能效果 显著
• 汽液处于饱和状态→优良的等温性→温度展平 • 蒸发段、冷凝段换热面积可变→热流密度的可变性→调节管
图2.1 热管示意图 1—管壳；2—管芯；3—蒸汽腔；4—工作液
从传热状况看，热管沿轴向 可分为蒸发段，绝热段和冷凝段 三部分。
热管的管壳是受压部件，要求由高导热率、耐压、耐热应力的材料制 造。在材料的选择上必须考虑到热管在长期运行中管壳无腐蚀，工质与 管壳不发生化学反应，不产生气体。
管壳材料有多种，以不锈钢、铜、铝、镍等较多，也可用贵重金属铌、 钽或玻璃、陶瓷等。管壳的作用是将热管的工作部分封闭起来，在热端 和冷端接受和放出热量，并承受管内外压力不等时所产生的压力差。
• 1974年后，热管换热器应用于节能及新能源开发，美、 日领先。
• 1980年，美Q-Dot公司热管余热锅炉，日帝人公司锅 炉给水预热器，然后回转式、分离式等新结构出现， 日趋大型化及工业化。
• 1984年，Cotter 微型热管理论。出现毛细泵热管、回 路热管等应用航天及电子工业。长距离挠性热管等应 用特殊场合。
数采用这种形式的热管。
5 热管分类
按照热管管内工作温度分： 低温热管(-273～0℃)、常温热管(0～250℃)、中温热管(250～450℃)、 高温热管(450～1000℃)。
按照工作液体回流动力分： 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。
• 我国的热管技术工业化应用的开发研究发展迅速，学术交流 活动也十分活跃。 1983年哈尔滨第一届全国热管会议直到 2010年深圳第十二届全国热管会议，推动我国热管事业发展。
• 热管骗子例子
1. 3 吉林大学（原吉林工大）研究进展
• 1983年开始研究，参加第一届热管会议，东北热管协 会理事单位。
在蒸发段内，由于液体不断蒸发，使汽液
分界面缩回到管芯里，即向毛细孔一侧下陷， 使毛细结构的表面上形成弯月形凹面。而在 冷凝段，蒸汽逐渐凝结的结果使液汽分界面 高出吸液芯，故分界面基本上呈平面形状， 即界面的曲率半径为无穷大(见右上图上部 及右下图)。曲率半径之差提供了使工质循 环流动的毛细驱动力(循环压头)，用以克服 循环流动中作用于工质的重力、摩擦力以及 动量变化所引起的循环阻力。
△T9 • 热管的传热过程： • 总热流量Q与总温降△T、总热阻R的关系为： • Q= △T / R
热管的工作特性
对于普通热管，其液体和蒸汽循环的主
要动力是毛细材料和液体结合所产生的毛细 力。假设热管中沿蒸发段蒸发率是均匀的， 沿冷凝段冷凝率也是均匀的，则其质量流率、 压力分布、温度分布及弯月面曲率的分布如 右上图所示。
1.1 国际情况
• 1944年，美国通用发动机公司，R.S Gaugler首先提出 热管设想及概念。用于冷冻装置专利。
• 1963年，Los Alamos国家实验室的G.M.Grover独立发 明类似传热元件，并付诸实践，测试、64年发表论文 正式命“Heat Pipe”。证明了其“超导热性”。实验 为5200W不锈钢——钠有芯热管。
热管的相当导热系数可达105 W/m•℃的数量级．为一般金 属材料的数百倍乃至上千倍。它可将大量热量通过很小的截 面积远距离地传输而无需外加动力。由于热管具有导热性能 好、结构简单、工作可靠、温度均匀等良好性能．
热管是传热领域的重大发明和科技成果，给人类社会带来 巨大的实用价值。
卫星传热例子
1 热管技术回顾（发展史）
2.2 热管的三个区段的划分
* 根据热管外部热交换情况分：加热段、绝热段、冷却段
* 根据热管内部工质传热传质情况分：蒸发段、绝热段、冷 凝段
2.3 热管的传热
热管在实现其热量转移过程中，包含了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工作液体回流到蒸发段
壁温度(避免露点腐蚀) • 热流方向的可逆性 • 单向导热→热二极管→(太阳能、地土永冻) • 热开关性能→控制热管工作温度范围 • 加热量变化→热阻改变→控制温度 →可控热管(可变导热管) • 汇源分隔→环境适应性好
4 两相闭式热虹吸管——重力热管、热虹吸管
• 与有芯热管的区别在于冷凝液回流的机理不同 • 热虹吸管是依靠冷凝液自身重力回流 • 有芯热管是依靠毛细抽吸力使冷凝液回流
• 1990年后热管在理论、实验、结构、应用等方面长足 发展，尤其今天，节能减排中发挥巨大作用。
• 1973年德国斯图加特（Stuttgart)第一届国际热管会议， 以后分别在不同国家举行，现已召开十五次，其中两 次在中国举行。
• 2010年4月，第十五届国际热管会议(15thInternational Heat Pipe Conference)在美国南卡罗来纳州召开。本 届会议论文大会报告：1、环路热管；2、芯结构和工 质；3、环路热管的建模；4、热虹吸管；5、热管的基 础和建模；6、空间热管和技术；7、小型热管；8、平 板热管和蒸汽腔；9、特殊热管和技术；10、脉动热管； 11、热管的工业应用。
• 1980年后，热管研究重点转向节能及能源利用领域。相继开 发了气气式热管换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生 器、高温热管热风炉等。从1987到1991年．我国先后在四川、 福建、北京、浙江、河北等地8台130t／h以上电站锅炉上应 用了大型热管换热器，回收烟气余热加热锅炉鼓风空气。
• 1990年后，碳钢——水两相闭式热虹吸管研究走在世界前列。 热管研究及应用领域不断拓宽，航天、化工、动力、冶金、 建筑、食品等几乎各个领域。
热管的管芯是一种紧贴管壳内壁的毛细结构， 通常用多层金属丝网或纤维、布等以衬里形式 紧贴内壁以减小接触热阻，衬里也可由多孔陶 瓷或烧结金属构成。如右图所示为几种不同的 管芯的结果示意图
热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸 点，较低的粘度及良好的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和 润湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细 力。工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物 质将积累在蒸发段破坏毛细结构。
由于工作液体与管壳材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体， 在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有 效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化。这种不相容的最典型例子就是 碳钢-水热管，由于碳钢中的铁与水发生以下的化学反应：
• Fe + 2 H2O ==== Fe(OH) 2 + 4 H2↑ • Fe(OH) 2 Fe3O4 + H2O + H2↑ • 所产生的不凝性氢气将使热管性能恶化，传热能力降低甚至失效。
热管虽然是一种传热性能极好的元件，但也不可能无限加大热负荷， 其传热能力的上限值会受到一种或几种因素的限制，如毛细力、声 速、携带、冷冻启动、连续蒸气、蒸气压力及冷凝等，因而构成热 管的传热极限(或叫工作极限)。这些传热极限与热管尺寸、形状、工 作介质、吸液芯结构、工作温度等有关，限制热管传热量的级限类 型是由该热管在某种温度下各传热极限的最小值所决定的。具体来 讲，这些极限主要有（如图所示）：
按管壳与工作液体的组合方式分： 铜-水热管、碳钢-水热管、铝-丙酮热管、碳钢-萘热管、不锈钢-钠热管。
按结构形式分: 普通热管、分离式热管、毛细泵回路管、微型热管、平板热管、径向热管
按热管的功用分: 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
6 热管的相容性及寿命
• 相容性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。影响热管寿命及工作的重要因素之一产生不凝性 气体
第一部分
热管及热管换热器
热管——简单讲，以真空相变原理工作的一种极其 高效的传热元件
实验对 比
热管的研究背景
当今传热工程面临两大问题：研究高绝热材料和高导热 材料。
具有良好导热性的材料有铝[(λ＝202W/m•℃)]、柴铜[λ＝ 385W/ m•℃]、和银：λ＝410W/ m•℃)]，但其导热系数只能 达到 102W/m•℃的数量级，远不能满足某些工程中的快速散 热和传热需要，热管的发明就解决了这一问题。