【正文】 化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果將使殼體受到腐蝕破壞，這些都將使熱管的性能不斷變壞，甚至不能工作。②工質(zhì)與殼體材料應(yīng)相容，且工質(zhì)應(yīng)具有熱穩(wěn)定性工作液體與殼體、吸液芯材料的相容性是最重要的必須考慮的因素。據(jù)此，所選擇的熱管工作液體熔點應(yīng)低于熱管的工作溫度，而臨界點必須高于熱管的工作溫度，熱管才有可能正常工作。熱管的工作溫度一般是指工作時熱管內(nèi)部工作液體的蒸汽溫度。熱管是依靠工作液體的相變來傳遞熱量的，因此工作液體的各種性質(zhì)對于熱管的工作特性也就具有重要的影響。除此之外殼體材料還應(yīng)滿足在工作溫度下的剛度和強度要求。故此時的熱管設(shè)計應(yīng)注意經(jīng)濟性，應(yīng)盡量采用價廉易得且傳輸性能好的工作液體；不采用吸液芯，完全依靠重力回流；對管壁則盡可能采用廉價金屬碳鋼。此時管子的數(shù)量可能較少，但可靠程度和精密性要求卻相當(dāng)嚴(yán)格，可靠性占第一位，經(jīng)濟性則處于次要地位。因為熱管的用途相當(dāng)廣泛，不同的用途對熱管的要求也不盡一致。在進行熱管設(shè)計計算以前，首先應(yīng)考慮怎樣確定上述這些因素。第二章　熱管氣氣換熱器的計算理論及方法熱管氣氣換熱器是由若干獨立傳熱的熱管按一定的排列方式所組成，目前的工業(yè)應(yīng)用場合，均采用重力式熱管作傳熱元件，所以熱管氣氣換熱器的工藝設(shè)計計算內(nèi)容包括重力式熱管，以及以重力式熱管作傳熱元件的氣氣換熱器兩個部分的設(shè)計計算。這也與目前落后的設(shè)計方法有關(guān)，傳統(tǒng)的設(shè)計手段難以通過進行精確的設(shè)計計算來避免積灰。（2）積灰對于灰塵較多的煙氣,如其在熱管氣氣換熱器中設(shè)計流動速度過高,雖然能夠提高熱管的換熱能力,但是會加速熱管的磨損,且增大煙氣流動阻力。在設(shè)計熱管時所依據(jù)的都是經(jīng)驗,當(dāng)煙氣的流量、溫度一定時,如何確定熱管的直徑、翅片高度、翅片厚度、翅片間距、熱管管間距、熱管長度等結(jié)構(gòu)尺寸沒有準(zhǔn)確的依據(jù)。（1）熱管的結(jié)構(gòu)參數(shù)自七十年代以來，熱管換熱器用于回收各種廢氣的余熱已經(jīng)取得相當(dāng)大的成效，迄今已投入運行的熱管換熱器已有好幾千臺?？傊? 熱管氣氣換熱器與管殼式預(yù)熱器相比，有很多優(yōu)點，主要體現(xiàn)在傳熱性能好、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、投資小、運行費用低和流動阻力小等方面。熱管氣氣換熱器是由許多根獨立的換熱元件熱管按著一定的排列方式組成的。由于熱管氣氣換熱器所傳輸?shù)臒崃看?，因此在傳輸同樣的熱量情況下，熱管氣氣換熱器就顯得體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)非常緊湊，因而金屬的消耗量小，占地面積也就大大減少。由于熱管氣氣換熱器可以方便地做到冷流體與熱流體的純逆向流動，這樣在相同的進、出口溫度條件下，就可以產(chǎn)生最大的對數(shù)平均溫差；③傳熱量大。熱管氣氣換熱器綜合起來有如下一些特點[14~17]：①傳熱性能高。輻射傳遞的熱量增加得尤為顯著。此外，熱管氣氣換熱器能使?fàn)t膛中前部煙道中的煙氣溫度有某些提高。采用熱管氣氣換熱器能夠把排出煙氣時帶走的熱量損失減少到能夠容許的程度。燃料中含硫愈多，在金屬壁上結(jié)成的水滴就會愈危險。傳統(tǒng)的氣氣換熱器的缺點是過于笨重，愈提高煙氣冷卻程度或者空氣的加熱溫度，氣氣換熱器就愈加笨重。熱管氣氣換熱器能夠把排出的煙氣加以高度冷卻。熱管氣氣換熱器的應(yīng)用簡化并加速了燃料的烘干工程，減少了低值燃料和濕燃料的著火困難，并且擴大了這些燃料經(jīng)濟燃燒的可能。（a）是熱管氣氣換熱器用于回收鍋爐煙氣余熱，得到的熱空氣用于鍋爐助燃的流程示意圖，（b）是熱管氣氣換熱器用于回收窯爐煙氣余熱來加熱空氣，得到的熱空氣作為烘房熱源的流程示意圖。隨著能源短缺問題的日趨嚴(yán)峻，節(jié)能意識越來越深入人心，熱管氣氣換熱器的應(yīng)用前景更加廣闊。各研究熱管的科研單位和大專院校都先后與制造熱管的廠家組成了科研生產(chǎn)聯(lián)合體，在擴大熱管換熱器應(yīng)用范圍和有效、合理地使用熱管換熱器等方面起了推動作用。南京工業(yè)大學(xué)于1973年就開始了這方面研制工作，并和南京煉油廠共同完成了國內(nèi)第一臺熱管換熱器。我國氣象衛(wèi)星也應(yīng)用了熱管，并獲得了預(yù)期效果。我國于1970年開始的熱管研制工作，首先是為航天技術(shù)發(fā)展的需要而進行的。熱管換熱器的最大特點是：結(jié)構(gòu)簡單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器，換熱流體通過換熱器時的壓力損失也比其他換熱器小，因而動力消耗也小。 氣氣熱管換熱器 氣液熱管換熱器熱管式換熱器是一種新型的換熱器，于70年代初才開始應(yīng)用于工業(yè)中作為節(jié)能設(shè)備。當(dāng)熱冷流體同時在各自的通道中流過時，熱管就將熱流體的熱量傳給了冷流體，實現(xiàn)了兩種流體的熱量交換。熱管的布置可以是錯列呈三角形的排列，也可以是順列呈正方形排列。由熱管管束和外殼等組成的換熱器稱為熱管換熱器。但也暴露了不少問題，如熱管失效、低溫腐蝕、積灰、漏風(fēng)等，影響了熱管氣氣換熱器的進一步推廣。主要目的是解決熱管的制造工藝、碳鋼水熱管的相容性、中高溫?zé)峁艿难兄?、熱管的傳熱性能及熱管換熱器的設(shè)計方法等問題，其研究成果陸續(xù)在石化、冶金、電力等行業(yè)推廣應(yīng)用。1981年國內(nèi)第一臺試驗性熱管換熱器運行成功，各地相繼出現(xiàn)了各種不同類型的、不同溫度范圍的氣氣熱管換熱器和氣液熱管換熱器，在工業(yè)余熱回收方面發(fā)揮了良好的作用，并積累了一定的使用經(jīng)驗。我國熱管研究開始于1970年左右。目前太陽能熱管發(fā)電裝置、太陽能熱管熱水器等產(chǎn)品已經(jīng)得到了成功應(yīng)用。當(dāng)反應(yīng)釜中的反應(yīng)溫度達不到熱管啟動溫度時，熱管不工作，一旦溫度上升到熱管工作溫度時，熱管便通過釜內(nèi)的吸熱片把熱量傳到釜外，通過散熱片散入空間，從而使得釜內(nèi)反應(yīng)溫度保持恒定。在1290km長的管線上，總共使用了112,000多根熱管。夏天，由于重力熱管具有單向傳熱性能，大氣中的熱不能傳到地下，故地下凍土不能融化；采用了氨碳鋼熱管，長10～20m，上部散熱端裝有鋁翅片，埋入土壤中的深度為9～12m，在熱管兩端溫差小于1℃的情況下，保證每根熱管可輸送300W的熱流。后來，決定在管架支撐中裝設(shè)簡單的重力熱管，從而解決這個困難。幾個典型的應(yīng)用如下：美國阿拉斯加輸油管線工程采用熱管作輸油管線的支撐。低溫?zé)峁茉谕ㄐ怕?lián)絡(luò)中冷卻紅外線傳感器、參量放大器；在醫(yī)學(xué)方面可用作低溫手術(shù)刀，進行眼睛和腫瘤的手術(shù)。高溫液態(tài)金屬熱管已廣泛地被用于動力工程的核反應(yīng)堆和同位素反應(yīng)器的冷卻系統(tǒng)，并在空間應(yīng)用中作為熱離子核熱電發(fā)生器的重要部件；此外，作為高溫換熱器回收高溫?zé)崮茴H具前途。格雷提出轉(zhuǎn)動熱管，此種熱管沒有吸液芯，依靠轉(zhuǎn)動中的離心力使液體從冷凝段回流到蒸發(fā)段，這些發(fā)明都是熱管技術(shù)的重大進展。在能源日趨緊張的情況下，它可以用來回收工業(yè)排氣中的熱能。1969年，蘇聯(lián)、日本的有關(guān)雜志均發(fā)表了有關(guān)熱管應(yīng)用研究的文章。干道的作用是為后冷凝段回流到蒸發(fā)段的液體提供一個壓力降較小的通道。1965年Cotter首次較完整地闡述了熱管理論，他描述了熱管中發(fā)生的各個過程的基本方程，并提出了計算熱管工作毛細限的數(shù)學(xué)模型，從而奠定了熱管理論的基礎(chǔ)。LosAlamos科學(xué)實驗室的工作一直處于領(lǐng)先狀態(tài)，其工作重點是衛(wèi)星上熱管的應(yīng)用研究。1967年至1968年，美國應(yīng)用于工業(yè)的熱管日漸廣泛，應(yīng)用范圍涉及到空調(diào)、電子器件、核電機的冷卻等方面。但興趣仍然集中在熱離子轉(zhuǎn)換器方面，熱管的工作溫度達到1600~1800℃。工作的興趣主要是熱管在核熱離子二極管轉(zhuǎn)換器方面的應(yīng)用。1964年Grover等人首次公開了他們的試驗結(jié)果。1963年LosAlamos科學(xué)實驗室的Grover在他的專利中正式提出熱管的命名，該裝置基本上與Gaugler的專利相類似。1962年特雷費森向美國通用電氣公司提出報告，倡議在宇宙飛船上采用一種類似Gaugler的傳熱設(shè)備。他當(dāng)時的想法是：液體在某一位置上吸熱蒸發(fā)，而后在它的下方某一位置放熱冷凝，不附加任何動力而使冷凝的液體再回到上方原位置繼續(xù)吸熱蒸發(fā)，如此循環(huán)，達到熱量從一個地點傳動到另一個地點的目的。如果有過量液體存在，則從分界面到管壁外面的溫降將比蒸發(fā)段內(nèi)相應(yīng)的溫降大，因而，冷卻段內(nèi)的熱阻在熱管設(shè)計中是應(yīng)當(dāng)考慮的重要熱阻之一。當(dāng)蒸汽凝結(jié)時，液體就浸透冷卻段內(nèi)的吸液芯毛細孔，彎月面具有很大的曲率半徑，可以認為是無窮大。這是因為要維持一個邊界蒸發(fā)的過程，蒸發(fā)段內(nèi)液體的蒸汽壓力必須超過該處與之相對應(yīng)的蒸汽壓力。當(dāng)蒸汽流過蒸發(fā)段和絕熱段時，由于粘滯效應(yīng)和速度效應(yīng)使得壓力不斷下降（在絕熱段只有粘滯效應(yīng)），一旦到達冷卻段，蒸汽就開始在液體—吸液芯表面上凝結(jié)，減速流動使部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，從而使得在流體運動的方向上壓力有所回升。在蒸汽向冷卻段流動的同時，在蒸發(fā)段的沿途上不斷加進補充的質(zhì)量（蒸汽），因此在整個蒸發(fā)段內(nèi)，軸向的質(zhì)量流量和速度是不斷增加的，在熱管的冷卻段內(nèi)則出現(xiàn)相反的情況。蒸發(fā)段與冷卻段之間這個溫差常?？勺鳛闊峁芄ぷ鞒晒εc否的一個判據(jù)。此流動是由蒸汽腔兩端的小壓差引起的。在蒸發(fā)段，如果熱量進一步增高，則彎月面還要進一步縮入到吸液芯里面，最后它可能妨礙毛細結(jié)構(gòu)中的液體流動，并破壞熱管的正常工作。這個壓差是液體流動和蒸汽流動的基本推動力。熱量傳遞到液—汽分界面附近以后，液體就可能蒸發(fā)，與液體蒸發(fā)的同時，由于從表面離開的液體質(zhì)量使液—汽交界面縮回到吸液芯里面，形成一個凹形的彎月面(),這個彎月面的形狀對熱管工作性能有決定性影響。通過吸液芯材料和工作液體的傳導(dǎo)所產(chǎn)生的溫差是熱管熱流通路中的主要溫度梯度之一，它的大小取決于工作液體、吸液芯材料、吸液芯厚度以及徑向凈熱流量。但是，如果工作液體是具有高導(dǎo)熱系數(shù)的液態(tài)金屬，此時熱量既通過吸液芯材料進行熱傳導(dǎo)，同是也通過吸液芯毛細孔內(nèi)的液態(tài)金屬進行傳導(dǎo)。為進一步了解熱管的傳熱機理，將以上6個過程詳述如下：從熱源到蒸發(fā)段內(nèi)液—汽分界面的傳熱過程基本上是熱傳導(dǎo)過程。完成這一轉(zhuǎn)移有6個同時發(fā)生而又相互關(guān)聯(lián)的主要過程,。熱管在冷、熱兩側(cè)均可裝設(shè)翅片，以強化傳熱。 重力熱管因其簡單的結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟的成本得到了廣泛的應(yīng)用，其工作原理是：熱管受熱側(cè)吸收廢氣熱量，并將熱量傳給管內(nèi)工質(zhì)(液態(tài))，工質(zhì)吸熱后以蒸發(fā)與沸騰的形式轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?，蒸汽在壓差作用下上升至放熱?cè)，同時凝結(jié)成液體放出汽化潛熱，熱量傳給放熱側(cè)的冷流體，冷凝液體依靠重力回流到受熱側(cè)。由于其特殊的傳熱特性可控制管壁溫度，避免露點腐蝕。 熱管及其應(yīng)用熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)與凝結(jié)來傳遞熱量，具有極高的導(dǎo)熱性、良好的等溫性、冷熱兩側(cè)的傳熱面積可任意改變、可遠距