节能原理与技术6

1、中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系 中国矿业大学中国矿业大学 机电学院动力工程系机电学院动力工程系 韩东太韩东太CUMT节能原理与技术节能原理与技术中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6 6 热管及热管换热器热管及热管换热器中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.1 6.1 热管的基本知识热管的基本知识6.1 6.1 热管的基本知识热管的基本知识 19361936年年,J.,J.帕金斯帕金斯, ,热虹吸管热虹吸管, ,重力热管重力热管19441944年年, ,高斯勒高斯勒: :毛细吸液芯概念毛细吸液芯概念19621962年年, ,格罗弗制造出样品格罗弗制造出样品: :

2、钠钠- -不锈钢不锈钢- -丝网丝网19681968年年, ,应用卫星仪器温度控制应用卫星仪器温度控制19701970年年, ,应用范围扩大应用范围扩大: :电子电子 机械机械 能源能源 动动力力我国我国,1972,1972年年, ,试制成功钠热管试制成功钠热管用途用途: :冷却冷却 新能源开发新能源开发 余热回收余热回收 传热传热6.1.1 6.1.1 热管的发展与现状热管的发展与现状中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.1 6.1 热管的基本知识热管的基本知识 6.1.2 6.1.2 热管的结构和工作原理热管的结构和工作原理典型的热管结构典型的热管结构中国矿业大学动力工程系中国矿

3、业大学动力工程系毛细吸液芯毛细吸液芯6.1 6.1 热管的基本知识热管的基本知识 中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系工作原理工作原理热力学角度热力学角度: :液体蒸发液体蒸发蒸汽流动蒸汽流动蒸汽凝结蒸汽凝结液体回流液体回流( (循环循环) )传热学观点传热学观点: :热量传递经历热量传递经历7 7个环节个环节流体力学观点流体力学观点: :热管两端热管两端压差压差工作液体流工作液体流动压力降动压力降工作蒸汽流工作蒸汽流动压力降动压力降重力作用重力作用压力降压力降6.1 6.1 热管的基本知识热管的基本知识 中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.1 6.1 热管的基本知识热管的

4、基本知识 6.1.3 6.1.3 热管的分类热管的分类1.1. 按热管的工作温度划分按热管的工作温度划分: :2.2. 按热管的工作液体回流方式分按热管的工作液体回流方式分: :3.3. 按热管的结构划分按热管的结构划分4.4. 按热管的壳体材料和使用工质划分按热管的壳体材料和使用工质划分: :5.5. 按热管的功能划分按热管的功能划分中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.1 6.1 热管的基本知识热管的基本知识 6.1.4 6.1.4 热管的基本特性热管的基本特性1.1. 高导热性高导热性: :2.2. 等温特性等温特性: :3.3. 热流密度可变性热流密度可变性4.4. 传热方向

5、的可逆性传热方向的可逆性: :5.5. 热二极管与热开关热二极管与热开关: :6.6. 恒温特性恒温特性中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.2 6.2 热管的应用案例热管的应用案例 6.2 6.2 热管的应用案例热管的应用案例中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.2 6.2 热管的应用案例热管的应用案例 中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 6.3 6.3 热管理论热管理论6.3.1 6.3.1 毛细力与热管循环动力毛细力与热管循环动力毛细现象与毛细力毛细现象与毛细力中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理

6、论热管理论 1 1、毛细现象与毛细力、毛细现象与毛细力中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 1 1、毛细现象与毛细力、毛细现象与毛细力中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 2 2、热管循环推动力、热管循环推动力中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 2 2、热管循环推动力、热管循环推动力中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 2 2、热管循环推动力、热管循环推动力中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论

7、6.3.2 6.3.2 热管内工质流动的压力降热管内工质流动的压力降1 1、管内液体压降：、管内液体压降：液体一般认为是层流液体一般认为是层流对于层流，可根据流体力学中不可压缩流体在稳定对于层流，可根据流体力学中不可压缩流体在稳定状态下流过圆形截面管道的层流压降公式（哈根状态下流过圆形截面管道的层流压降公式（哈根- -泊肃叶公式）泊肃叶公式）对于吸液芯中工作流体，考特进行修正对于吸液芯中工作流体，考特进行修正中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 如果考虑重力影响如果考虑重力影响, ,可以写成微分形式可以写成微分形式达西定律表示压降方式更实际达西定律表示压

8、降方式更实际中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 2 2、管内蒸汽压降：、管内蒸汽压降：可以是层流可以是层流, ,也可以是湍流也可以是湍流沿热管轴线方向上蒸汽的质量流量是不断变化的沿热管轴线方向上蒸汽的质量流量是不断变化的, ,因而对蒸发段、绝热段和冷凝段要分别考虑因而对蒸发段、绝热段和冷凝段要分别考虑对于无绝热段的热管，对于无绝热段的热管，时1rRe时1rRe中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系对于有绝热段的热管，绝热段内径向雷诺数对于有绝热段的热管，绝热段内径向雷诺数6.3 6.3 热管理论热管理论 0Re1000时Re时1000v50rlR

9、e且中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 6.3.3 6.3.3 热管的热量传递热管的热量传递中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 1 1 高温热源高温热源-热管蒸发段外壁的换热热阻热管蒸发段外壁的换热热阻2 2 热管蒸发段固体壁面的导热热阻热管蒸发段固体壁面的导热热阻3 3 热管蒸发段的沸腾换热热阻热管蒸发段的沸腾换热热阻4 4 热管蒸发段热管蒸发段-热管冷凝段换热热阻热管冷凝段换热热阻111hAReoioeddlRln212331hARei04R中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系5 5 热管冷凝段冷凝

10、换热热阻热管冷凝段冷凝换热热阻6 6 热管冷凝段固体壁面的导热热阻热管冷凝段固体壁面的导热热阻7 7 热管冷凝段外壁热管冷凝段外壁-低温热源间的换热热阻低温热源间的换热热阻8 8 蒸发段蒸发段-冷凝段的轴向导热热阻冷凝段的轴向导热热阻6.3 6.3 热管理论热管理论 551hARciiocddlRln216771hARco8R中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 热阻热阻R1R2R3R4R5R6R7数量级数量级10-110-210-410-310-710-310-410-110-2碳钢碳钢- -水热管：水热管：m1mm;25mm,21ceoilldd表表

11、6-2 6-2 热管各热阻的近似值热管各热阻的近似值-12K(W)m 中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 6.3.4 6.3.4 热管的传热极限热管的传热极限中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管理论热管理论 中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管的设计热管的设计6.3 6.3 热管的设计热管的设计1 1、热管工作温度确定、热管工作温度确定( (蒸汽的温度蒸汽的温度) )2000200212121221TRRQTTTRTTRTTQvecvcve中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3

12、 热管的设计热管的设计2 2、热管工作流体的选择、热管工作流体的选择热管的工作温度应保证在工作流体的凝固点和临界点之间热管的工作温度应保证在工作流体的凝固点和临界点之间中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管的设计热管的设计11fghN 中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系3 3、热管吸液芯的选择、热管吸液芯的选择6.3 6.3 热管的设计热管的设计1 1 小的有效毛细半径小的有效毛细半径, ,提供最大毛细压力提供最大毛细压力; ;2 2 具有较大渗透率具有较大渗透率, ,减少回流液体的压力损失减少回流液体的压力损失; ;3 3 具有较小的导热热阻具有较小的导热

13、热阻, ,减少径向导热阻力减少径向导热阻力4 4、热管壳体的选择、热管壳体的选择1 1 相容性相容性; ;2 2 导热性能导热性能; ;3 3 机械性能机械性能; ;4 4 实用性能实用性能中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.3 6.3 热管的设计热管的设计5 5、热管结构设计计算、热管结构设计计算1 1 管径设计计算管径设计计算2 2 管壁设计计算管壁设计计算; ;3 3 端盖设计计算端盖设计计算; ;4 4 吸液芯设计计算：吸液芯设计计算：毛细传热极限热流量公式毛细传热极限热流量公式5 5 毛细传热极限核算毛细传热极限核算; ;6 6 其他核算：其他核算：ReRevvvfgvv

14、TRhQd20 Cppd21 pdi35. 0中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系6.4 6.4 热管换热器及其应用热管换热器及其应用6.4 6.4 热管换热器及其应用热管换热器及其应用6.4.1 6.4.1 热管换热器的特点、类型、结构热管换热器的特点、类型、结构1 1、特点、特点1 1 换热效率高换热效率高; ;等温，熵增，对数温差，气等温，熵增，对数温差，气- -气管外气管外流动，节省耗材流动，节省耗材2 2 流动压力损失小流动压力损失小; ;管外流动管外流动3 3 结构简单灵活；结构简单灵活；元件固定，位置灵活，相对独立元件固定，位置灵活，相对独立4 4 使用维护方便；使用维护方便；变换流动方向，清洗容易，没有变换流动方向，清洗容易，没有易损件易损件中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系2 2、流态分类、流态分类6.4 6.4 热管换热器及其应用热管换热器及其应用中国矿业大学动力工程系中国矿业大学动力工程系3 3、按结构分类、按结构分类6.4 6.4 热管换热器及其应用热管换热器及其应