热质交换补充

蓄热式换热器

蓄热式换热器分为移动床型和周期变换型两大类。前者蓄热体由流动的固体颗粒构成，后者多由耐火材料、金属板、网等构成。1周期变换型蓄热器1.1结构和工作原理

由固体填充物构成的蓄热体作为传热面的。与一般间壁式换热器的区别在于换热流体不是在各自的通道内吸、放热量，而是交替地通过同一通道，利用蓄热体来吸、放热量。

图1说明了一个用热烟气加热冷空气的蓄热式换热器的原理。周期变换型蓄热式换热器按结构可分为固定型（阀门切换型）和旋转型（回转式）两类。图1蓄热式换热器原理图1—蓄热体；2—双通阀1.1.1固定型

图2为一种固定型结构，其蓄热体由耐火砖砌成的“火格子”构成，很适合对高温气体的加热。图2蓄热式换热器

1.1.2旋转型

如图3、图4所示,又称热轮，其外壳为圆筒形，本体为一多孔的圆盘状蓄热体。图3旋转型蓄热器示意图（a）轴流型；（b）径流型1—转子；2—转子的中心轴；3—环形长齿条；4—主动齿轮；5—烟气入口；6—烟气出口；7—空气入口；8—空气出口；9—径向隔板；10—过渡区；11—密封装置图4回转式空气预热器（旋转型蓄热器）1.2旋转型蓄热器的种类按蓄热体所采用的材料种类，可分为旋转型陶质蓄热器和旋转型金属蓄热器两类。1.2.1旋转型陶质蓄热器

陶质材料与金属材料相比，其突出的优点是：热膨胀小，能经受周期性的冷热变化，保持几何形状和尺寸的稳定；可耐高温；抗腐蚀性好；气密性问题容易解决。

陶质蓄热格子体的结构型式：有三角形、矩形截面通道，也有星形和不规则截面通道。

图5为三角形通道格子体的示意图。应用：通常用于高温余热的回收图5陶质格子体示意图（三角形）1.2.2旋转型金属蓄热器与旋转型陶质蓄热器相比，结构更为紧凑，效率更高。金属蓄热器适用于温度不太高的场合，操作温度一般在430℃以下。用于高温场合时，蓄热体需采用耐热合金制造。金属蓄热器的格子体可由金属丝编织而成，亦可用金属波纹板组合而成。图6所示为金属格子体的几种基本型式。（a）为丝网型格子体，价格低廉，但压降较大，易污染，清洗困难。（b）和（c）波纹板型格子体，制造成本较高，但压力降较小，不易污染，清洗方便，热效率与丝网型的相同。图6金属格子体示意图a丝网型；b板肋型；c波纹板型2流化床型蓄热器2.1流态化现象

如图7所示的情况为例，将砂粒放在底部具有许多小孔的容器内，如果让空气通过小孔向上流动，在一定的流速下砂粒将会轻微地相互离开，在气流中悬浮，好象一种处于沸腾状态的高粘度流体。这种状态称为流态化现象。图7流态化现象当发生流态化现象时，砂粒就形成了一种“流化床”。流态化现象刚产生时的床层称为“层流流化床”，当气流更强，砂粒运动相当激烈时，称为“湍流流化床”。流态化所需的气流速度是砂粒大小、质量和形状的函数，其中砂粒大小是最重要的因素。砂粒的直径一般在0.05毫米到几个毫米之间。2.2流化床型蓄热器

图8为立式流化床型蓄热器的示意图。

图9卧式流化床型蓄热器热管换热器

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6.1概述6.1.1热管及其工作原理

普通热管由管壳、起毛细管作用的多孔结构物——吸液芯以及传递热能的工质所构成，吸液芯牢固地贴附在管壳内壁上，并被工质所浸透。热管自身形成一个高真空封闭系统。结构如图6-1所示。沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。

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工作原理

特点：热量是由饱和蒸气传递的，所以热管一般近乎等温；热管是利用工质的相变进行热量传递，比任何金属的传热能力都要大得多。

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热管换热器热管换热器工作原理

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热管换热器

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6.1.2热管的类型1.按其工作温度范围，分为：①低温热管：工作温度为0～122K，工质可选用的气体如氢、氖、氮、氧及甲烷等；②中温热管：工作温度为122～628K，工质可选用普通制冷剂和液体，如氟利昂、甲醇、氨和水等；③高温热管：工作温度高于628K，工质可选用汞、铯、钾、钠、锂及银等液态金属，。

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2.按冷凝液的回流方式①普通热管：冷凝液靠吸液芯的毛细力作用返回蒸发端；②重力辅助热管：冷凝液靠重力作用返回蒸发端，传热有单向性。还有旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管及渗透热管等多种形式。3.热管按所用工质来分，并由工质来命名。

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热管形状：图6-2为美国某无线电公司制造的两种热管，图(a)能沿90

高效地输运热量；图(b)为一个五叉装置，可用任何几个叉作为蒸发段，其余几个叉作为冷凝段。

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图6-3为一个径向热管，能把热量从中心蒸发段输运给一个同心的冷凝段，贴在环形通道的两个内表面上的吸液芯，由吸液芯材料制作的辐条串通。冷凝段和蒸发段的相对位置可以互换。

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图6-4为板式热管。

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图6-5为扁平热管，特点：热管管壳设计成扁平结构适用于小功率电子器件或集成电路的散热。

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6.1.3热管的性能和特点优点：①优良的导热性②等温性③优良的热响应性：蒸气以近似于该温度下的声速进行移动。④有变换热流密度的功能：如图6-9⑤能在失重状态下工作：可用于宇宙飞船和人造卫星。

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⑥热管结构简单，重量轻，体积小，工质循环不消耗电能。⑦无运动部件，无噪声，无振动，可靠性高，维修量少。

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6.1.4热管的应用(1)热能回收装置

图6-13为用于空调系统的换热器，在两个空气流之间通过成排的热管系统进行传热。

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热管省煤器

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热管空气预热器

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(２)太阳能聚能器如图6-16为平面反射板太阳能聚能器，通常用于房屋供暖。

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6.2工质、吸液芯和管壳6.2.1工质的选择取决于流体的物理性质及流体与管壳和吸液芯的化学相容性。当工质对管壳和吸液芯不腐蚀、不产生不凝气体时，则认为有相容性。

不相容时，管壳壁和吸液芯被腐蚀，产生不凝气体，对性能有不利影响。

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6.2.2吸液芯1．对吸液芯的要求吸液芯的主要是起到一个有效的毛细泵作用。即在流体与吸液芯结构之间产生的表面张力必须大到能克服管内的全部粘滞压降和其他压降，还要维持所要求的流体循环。2.吸液芯的种类卷绕丝网芯子：最普通的吸液芯结构，图6-21(a)

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烧结金属芯子，图6-21(b)，毛细孔的尺寸很小，而小毛细孔将使液体从冷凝段流向蒸发段更为困难。轴向槽道芯子图6-21(c)具有多路金属导热路径，可以减小径向温降，制造技术难以控制毛细孔尺寸。

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环形和新月形芯子图6-21(d)和图6-21(e)对液体流动的阻力小，但对低导热系数的液体则可能导致热管的温度特性较差，而且很可能达到沸腾限。干道式芯子图6-21(f)，能缩小通过构件径向热流路径的厚度，并对液体从冷疑端流向蒸发端提供低阻力的路径。

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图6-22所示为组合式吸液芯结构。网格覆盖在槽道芯子上，图6-22(b)，细丝网可提高毛细压力，轴向槽道可以减小液体流动阻力，而金属结构可以减小径向温降。扁盘式芯子插到一个容器的内部，图6-22(c)所示

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由于表面有一层细金属丝网得到高的毛细压力，粗丝网里的甲板状芯子辅助液体流动，而丝编槽道使液体均匀分布在圆周上，并提高了径向传热。隧道式吸液芯图6-22(d)扁盘式吸液芯和隧道式吸液芯既有高传热功率又有良好温度特性的高性能的吸液芯，但制造成本也比较高。

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6.3热管的传热极限热管的工作温度和轴向热流密度之间的关系如图6-25，热管的工作点必须选择在极限曲线的下方。

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2.粘性限对于长热管和在启动时蒸气压很低的液态金属热管，可能在一定温度下蒸气的全部压头仅够用于克服蒸气流动过程中因粘性力引起的摩擦损失，蒸气的压力在热管的末端达到零，蒸气的速度未达到声速，而热管的传热量达到极限。这一限制称为粘性限。

1.声速限：指在热管蒸发段出口蒸气速度不能超过声速的限制。

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3.携带限热管工作时，蒸气与液体是逆向流动。当蒸气流的速度足够高时，在波峰上产生的液滴被刮起并由蒸气携带至冷凝端，造成蒸发端毛细芯干涸，热管停止工作