分离式热管的应用

参考文献
1易于合理布置蒸发段和冷凝段，利于实现换热器的大型化 2可实现一种流体和多种流体的同时换热，即一个蒸发段可以匹配几个 冷凝段，或多个蒸发段共用一个冷凝段 3加热段与冷却段的位置与尺寸有充分的自由度, 尤其适合于工业换热与余热回收, 为换热设备的优化创造良好的条件 4冷、热流体间可绝对分隔，完全无互混，为易燃易爆流体的预热提供了安全可靠 的热交换途径 5便于冷、热流体的远程换热。将蒸发段和冷凝段分别布置在工艺流程
实用新型专利 背景：在含尘烟气余热利用过程中，热管积灰是普遍存在的问题，对于 含尘量大的废气的余热回收需考虑除灰问题。积灰增加了受热面传热阻 力，降低了设备的传热效率，还可能减少流体的通道面积，增加流动阻 力，影响烟气产生装置的正常运行，降低了换热表面温度，造成低温露 点腐蚀。 本实用新型公开了一种分离式热管换热器， 包括蒸发段、气导管、凝结段组件和液导管，蒸发 段与凝结段组件两端分别由气导管和液导管连接 形成密闭循环连通系统，蒸发段为单管热管或多 管热管，蒸发段为可旋转结构。本实用新型通过蒸 发段的旋转，一方面提高了热管与流体间的相对 速度，可以提高传热能力，另一方面可以甩掉附着 于传热面上的粉尘，以达到除灰的效果。同时，采 用蒸发段和凝结段分离的结构，一方面方便设备 布置，另一方面有利于换热介质循环，可以提高换 热效果。本实用新型适用于含尘烟气余热的利用。 :1一单管热管，2一翅片，3一蒸发段，4一气导管旋转接头，5一气导管， 6一上联箱，7一换热管，8一下联箱，9一凝结段组件，10一液导管，11 一液导管旋转接头
传热特性研究
分离式热管的启动特性实验 条件——蒸发段竖直，充液率为90%，冷热端热平衡 参数选择：1kW/m2、2kW/m2、3kW/m2、4kW/m2、5kW/m2
热管蒸发段充液率的确定
倾角对蒸发段传热的影响 条件：在充液率90%，工作温度40℃，热流密度2kW/m2
由图3-7看出，图中五条曲线完全重合，轴向各点上下壁温相同，这说明在 实验参数范围内倾角对蒸发段管壁轴向温度的大小和分布没有影响，从而说明在实验参 数范围内倾角对蒸发段传热特性几乎没有影响。 实验过程中还发现，尽管倾角减小到10°，上壁并没有出现间歇性干涸点， 出口处并未发生温度飞升。这是因为热管内径只有14mm，空间结构本身决定了管内难 以发生分层流，另一方面充液量足够，整个管壁得到良好润湿。
热管——凭借封闭管内的工作介质反复发生相变( 蒸发、冷凝)而进行热量传 递的一种高效传热元件
热管的优点：1）高效的导热性（利用分子相变） 金属（分子的热运动） 2 ）恒温性。热管表面的温度是由蒸汽温度控制的 3) 优良的热响应性。热管的启动温差( 蒸发段温度与冷凝段温度之差) 很 小 4) 热管的结构简单、重量轻、体积小
不同热流密度下蒸发段管内的流型
蒸发段倾角对流动特性的影响
垂直布置蒸 可以观察到 蒸汽进入蒸 逐步转变为 液滴飞溅的 个壁面的湿 干涸点 降低了液滴 下降液膜因 定干涸区
蒸发段的倾斜角度减小到35°时，管内工 质流动不对称的特点已非常明显。 脉冲对流周期性地推动工质向出口流动， 回流液体大部分沿下壁返回,上壁始终 保持湿润
热流密度对流动特性的影响
（1）热流密度较低时，有明显的弹状流，流体振荡较剧烈 弹状流转变为泡状流，流体振荡减弱，流动趋于稳定 带液滴脱离主流，向上飞溅，撞击壁面，破碎后形成液膜 （2）在保证蒸发段出口干度一定的情况下，沿蒸发段自下 单相液流、泡状流、飞溅降膜流和汽雾流，四种流型所占 同而有所变化； （3）在飞溅降膜区内，飞溅频率与热流密度有关 频率增加，达到某一临界值后，趋于稳定值； （4）飞溅降膜所形成的液膜具有时间上的不稳定性和空间
对分离热管倾斜蒸发段的换热特性进行了实验研究，实验发现： 分离式热管蒸发段在倾角0～90°范围内均存在浪涌沸腾现象，换热系数先随倾角 的增大而急剧增加，从4°以后增加趋势变得缓慢，在倾角为16～18°时换热系数 达到最大值，19°以后换热系数有所下降，但在4～30°之间，换热系数随倾角的 变化幅度不大。
随着空气流量的增加, 分离式热管冷凝换热系数增加. 这是因为随着空气流 量的增加, 管外空气的对流换热增加, 空气对冷凝段的冷却增强, 使蒸气的 饱和温度和管内内壁温度之差减少, 结果使冷凝换热系数增加.
试验结果表明, 充液率对冷凝换热影响较大. 在同一介质 压力下, 在相同冷却条件下, 有一最佳充液量使其冷凝换 热系数最大, 其值为45% 左右.
工作介质压力对冷凝换热的影响 在同一充液率下, 冷却条件相同, 通过改变输入电功率, 使工作介质 的压力变化, 可测得介质压力对冷凝换热的影响, 试验结果如图4 所 示. 由试验知,随着压力的增加, 冷凝换热系数略有减少. 主要是随着 工作压力的升高, 蒸气密度增加, 蒸气流速相对减少, 对液膜的扰动 减弱, 液膜厚度增加, 使换热系数减少. 但换热系数减少量相对其冷 凝换热系数本身而言不大. 如蒸气压力从0. 13MPa 增加到0. 36MPa, 压力增加了2. 7 倍, 但冷凝换热系数仅降低9. 5% . 试验结果还表明, 在不同充液率下, 分离式热管内工作压力对冷凝换热系数的影响 趋势相同.