热棒的要点及要求

1、热棒的设计要点及技术要求一、热棒的设计要点（一）热棒的自身参数的确定（工质、工质充装量、各部尺寸等） 热棒主要由工质和管壳组成，主要使根据其使用要求和工作条件 选择工质和管壳材料，设计合理的管壳尺寸，计算工质的充装数量。 除此之外，还应该合理设计冷凝器的尺寸。工质的选择应根据要求的热棒工作温度范围和管壳的耐压性能 以及工质与管壳材料的相容性来确定。另外，工质的选择还应考虑工 质与管壳材料不能起化学变化，否则在化学作用过程中生成的气体和 其他物质将可能使热棒不能工作。工质的品质越高，热棒的热传输性 能越好，因此在条件允许时，尽可能选用高品质因素的工质。管壳材料的选择主要考虑热棒的使用条件和工程造

2、价。管壳设计 的任务是确定管壳的尺寸和壳壁的厚度。工质的充灌数量是随热棒的总长度而变的，它等于热棒运行时， 棒中蒸汽工质与壳壁上液膜数量与棒底部液池中液体工质质量之和。 冷凝器的设计主要应考虑两点，一是冷凝器要有足够的冷凝面积，以 确保蒸发段吸收的热量能及时的散发到大气中去。二是冷凝器与管壳 的联接最好不要有变径，这样可防止在变径段蒸汽流速加大，而过早 出现淹没现象。（二）合理埋深的确定热棒的埋设深度主要以被处治的构造物的基础埋深和地基弱化 深度为依据。设置热棒的目的是在负温期有效制冷，明显降低土体温 度，提升冻土上限，提高冻土地基的稳定性。所以只有当冻土的蒸发 端埋置在多年冻土层以内，才能起

3、到对多年冻土层以上土体进行冷却， 提高冻土上限的作用。因此热棒的埋深必须要在多年冻土层以下。将 热棒插至多年冻土层，即大于最大融化深度，不但减少了冻胀过程中 的切向冻胀力，而且消除了法向冻胀力，保证了热棒地基基础的稳定。 在设计当中埋深取8cm。（三）设置间距和方式热棒的间距主要是根据其制冷的有效半径确定的。目前我国三个 厂家生产的热棒功率基本相等，根据在青藏公路、青藏铁路的使用情 况，其有效半径在2m左右，依据对地基处治的要求不同，热棒的间 距一般为有效半径的1.0至2.5倍。在本次设计中热棒间距取3-4m。二、热棒的技术要求热棒的自身参数应包括工质、管壳、冷凝器等。工质一般采用液 氨，管壳

4、采用碳钢或不锈钢，冷凝器采用螺旋翅片管或螺旋齿型翅片 管。热棒常用的规格和尺寸可根据冻土路基的使用要求和冻土地质条 件进行热工计算确定。一般要求热棒的使用年限不宜小于30年。热棒规格和尺寸一览表基管外径D (mm)长度 (m)管壁厚度 (mm)翅片高度h (mm)翅片厚度f (mm)翅片节距t (mm)开齿高hc (mm)齿宽W (mm)45,5163.5 4.52525205202857,60,6393.5525252052021070,76124 5.530252010 2521083,89154.5 6.540252010 25212102,10855750252010 25212三、热

5、棒的原理与特点热棒由密闭真空腔体注入低沸点工质(如氨、氟利昂、丙烷、二 氧化碳等)而构成。热棒的工作原理是利用汽液两相对流进行换热， 这个过程十分复杂：热棒置于冻土中的部分称之为蒸发器，暴露在地 而且安装有散热片的部分称之为冷凝器。在寒冷季节，由于空气温度 低于多年冻土的温度，蒸发器中的液体工质吸收周围土体中的热量， 蒸发形成汽体工质，在管内压力差的作用下，蒸汽上升至冷凝段，与 较冷的冷凝器管壁接触，放出汽化潜热，再通过冷凝器的散热片将热 量传递到空气中。同时蒸汽工质遇冷冷凝成液体，在重力的作用下， 液体沿管壁回流至蒸发段，再蒸发。如此循环往复，将土体中的热量 传递至空气中。这种两相对流循环过

6、程是连续的。在温暖季节，由于 空气温度高于冻土体温度，热棒中的液体工质蒸发后形成的蒸汽到达 冷凝器后不能冷凝（汽液两相达到平衡），液体停止蒸发，热棒停止 工作，因此天气中的热量不能通过热棒传至冻土中，从而可保持冻土 良好的冻结状态。热棒的性能取决于气候条件，如气温、风速等，同时也受热棒周 围土体容重和含水量的影响，低于冻结温度的冻结期长短和冷凝循环 从基础中排出热量的速度都是决定热棒周围土体冻结半径的的直接 因素，同时若冻结期短，融化期长，热棒形成的冻结核，尚未在一个 冬季来临之前就全部融化，那么就失去了热棒的应用价值，因此热棒 的工程应用是有一定限制的。从冻结指数与冻结半径的关系来看，冻 结

7、半径是随冻结指数的增大而增大。作为热棒用于冷却强化地基的设 计来说，均需将冻结半径作为一个重要的设计依据，因此可用冻结指 数来作为一个衡量热棒效能的指标。热棒可将冷量有效地传递储存于地下，又可有效地阻止热量向地 下传递，是一种可以控制热量传递的高效热导装置。热棒具有下列特 点：导热性好，当量导热系数可高达纯银的数千倍；传热温差小，热 棒的蒸发器与冷凝器仅有0.10.5C温差时，即可启动工作；传热能 力大，直径cp83液氨热棒在零下5C时，传热能力为6.0KW；适用温 度范围广，在-60C+60C可有效工作；单向传热，热量仅能从下端 传向上端，反向不传热；使用寿命长，热棒若经严格工艺处理，可靠 工作寿命不低于30a,群棒工作效率更高；无需日常维修养护，运行 无噪声，符合环保要求。四、热棒冷冻地基效果热棒作为一种汽液两相对流换热装置，具有无能耗、高效率地降 低棒周围地温的特点。热棒制冷在地层内有效降温（冷冻圈）影响 范围可达到1.5m2m，从而冷冻