【正文】 能力。如果有過(guò)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(jì)中是應(yīng)當(dāng)考慮的重 要熱阻之一。當(dāng)蒸汽凝結(jié)時(shí)，液體就浸透冷卻段內(nèi)的吸液芯毛細(xì)孔，彎月面具有很大的曲率半徑，可以認(rèn)為是無(wú)窮大。這是因?yàn)橐S一個(gè)邊界蒸發(fā)的過(guò)程，蒸發(fā)段內(nèi)液體的蒸汽壓力必須超過(guò)該處與之相對(duì)應(yīng)的 蒸汽壓力。當(dāng)蒸汽流過(guò)蒸發(fā)段和絕熱段時(shí)，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(dá)冷卻段，蒸汽就開(kāi)始在液體一吸液芯表面上凝結(jié)，減速流 動(dòng)使部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為靜壓能，從而使得在流體運(yùn)動(dòng)的方向上壓力有所回升。在蒸汽向冷卻段流動(dòng)的同時(shí)，在蒸發(fā)段的沿途上不斷加進(jìn)補(bǔ)充的質(zhì)量（蒸汽）， 因此在整個(gè)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。176。蒸發(fā)段內(nèi)蒸汽的溫度比冷卻段內(nèi)的飽和溫度稍高一些，從而形成了兩端的溫度差。圖12熱管的汽一液交界面當(dāng)蒸發(fā)段里的液體一旦因吸收了汽化潛熱并蒸發(fā)時(shí)，蒸汽就開(kāi)始通過(guò)熱管的蒸汽腔向冷卻段流動(dòng)。它主要起到循 環(huán)時(shí)作用于液體的重力和粘滯力相抗衡的作用。單個(gè)毛細(xì)孔上簡(jiǎn)單的力學(xué)平衡現(xiàn)象表明，對(duì)于球形分界面，蒸汽壓力與液體壓力之差是等于表面張力除以彎月面半徑之商的兩倍。這個(gè)溫降可以從攝氏幾度到幾十度。在多孔吸液芯的情況下，對(duì)流傳熱是很小的，因?yàn)橐a(chǎn)生有實(shí)際意義的對(duì)流流動(dòng)，毛細(xì)孔顯得太小了。對(duì)于水或酒精這類(lèi)低導(dǎo)熱系數(shù)的工作液體來(lái)說(shuō)，由于吸液芯（金屬網(wǎng)）的導(dǎo)熱系數(shù)比液體高，因此通過(guò)吸液芯和液體時(shí)，熱能差不多主要靠多孔吸液芯材料進(jìn)行傳導(dǎo)。這6個(gè)過(guò)程是：圖11熱管的工作過(guò)程示意圖（1）熱量從熱源通過(guò)熱管管壁和充滿工作液體的吸液芯傳遞到液汽分界面；（2)液 體在蒸發(fā)段內(nèi)的液汽分界面上蒸發(fā)；（3)蒸汽腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷凝段；（4)蒸 汽在冷凝段內(nèi)的汽液分界面上凝結(jié)；（5)熱量從汽一液分界面通過(guò)吸液芯、液體和管 壁傳給冷源；（6)在吸液芯內(nèi)由于毛細(xì)作用使冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段。熱管工作的主要任務(wù)是從加熱段吸收熱量，通過(guò)內(nèi)部相變傳熱過(guò)程，把熱量輸送 到冷卻段，從而實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)移。由于熱管內(nèi)部抽成真空，所以工 質(zhì)極易蒸發(fā)與沸騰，熱管起動(dòng)迅速。目前已廣泛應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機(jī)械等行 業(yè)中進(jìn)行余熱回收以及綜合利用工藝過(guò)程中的熱能，已取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。由熱管組成的換熱器具有傳熱效率 高、結(jié)構(gòu)緊湊、流體壓降小等優(yōu)點(diǎn)。利用熱管氣氣換熱器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的管殼式氣氣換熱器，一方面,能夠大大提高預(yù)熱 空氣進(jìn)入爐內(nèi)的溫度，降低煙氣溫度，從而大大提高鍋爐的熱效率；另一方面，熱管 氣氣換熱器運(yùn)行壓降非常小，有時(shí)甚至不需要增加引風(fēng)機(jī)等設(shè)備，從而使得運(yùn)行費(fèi) 用大大降低。據(jù)有關(guān)報(bào)道稱，我國(guó)三分 之二的能源被鍋爐吞噬，而我國(guó)工業(yè)鍋爐的實(shí)際運(yùn)行效率只有65%左右，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó) 家的燃煤工業(yè)鍋爐運(yùn)行熱效率達(dá)85%，因此，提高工業(yè)鍋爐的熱效率，節(jié)能潛力十分 巨大。我國(guó)的能源短缺問(wèn)題日趨嚴(yán)重，節(jié)能已被提到了重要的議事日程。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(yuǎn)距離傳熱、溫 度可控制等特點(diǎn)。將熱管散熱器的基板與晶閘管等大功率電力電子器件的管芯緊密接 觸，可直接將管芯的熱量快速導(dǎo)出。 Design calculation1. 緒 論熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)的液體 的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。 Heat pipe heat exchanger。在討論熱管換熱器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要針 對(duì)其熱力計(jì)算、設(shè)備結(jié)構(gòu)計(jì)算、元件參數(shù)的選擇做了一個(gè)合理構(gòu)建，并結(jié)合實(shí)際情況 設(shè)計(jì)出了空氣預(yù)熱熱管式換熱器基本模型。目前，它被廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、化工、冶金、 電力、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域。 二零一三年六月摘要熱管是高效的傳熱元件，它是一種能快速將熱能從一點(diǎn)傳至另一點(diǎn)的裝置，由熱 管元件組成的，利用熱管原理實(shí)現(xiàn)熱交換的換熱器稱之為熱管換熱器。根據(jù)傳熱公式和布置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定實(shí)際方案滿足實(shí)際要求并校核受壓元件，主要是熱管的強(qiáng)度校核，確保其安全可靠。第一，熱管換熱器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)等介紹，根據(jù)實(shí)際所給條件和傳熱特點(diǎn)，確定最為合適的結(jié)構(gòu)方案。熱管式換熱器具有傳輸能力大、均溫性能優(yōu)良、傳輸方向可逆、熱流密度可變、適應(yīng)環(huán)境能力較強(qiáng)、組里損失較小等優(yōu)點(diǎn)，所以熱管式換熱器能較大限度的回收利用余熱。余熱回收是合理利用能源、節(jié)約能源、提高能源利用率等方面不可忽視的問(wèn)題。蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄前言 5摘要 6Abstract 61. 緒 論 7 7 7 8 10 112. 熱管換熱器 13 14 14 18 193. 熱管氣_氣換熱器的計(jì)算理論及方法 20 20 21 22 23 24 26 31 33 38 434．確定設(shè)計(jì)方案 44 44 44 44 45 熱管換熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算方法 46 46 47 47 設(shè)計(jì)步驟 48 確定原始數(shù)據(jù) 48 符號(hào)說(shuō)明 50 標(biāo)注說(shuō)明 516熱管換熱器工藝計(jì)算 51 51 熱管氣氣換熱器最大流速計(jì)算 53 54 55 56 56 57 57 577．熱管的設(shè)計(jì) 588. 設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 59 598. 2熱管的堵頭設(shè)計(jì)計(jì)算 59 61 61 62 隔板與殼體和熱管的連接方式 629．連接方式 63 63 63 6堵頭的焊接工藝 6410. 氣氣熱管換熱器的安裝運(yùn)行和維護(hù) 65 65 設(shè)備的維護(hù) 65 66結(jié)論 68參考文獻(xiàn) 64致謝 65文獻(xiàn)翻譯 66外文原文 66翻譯 73前言能源是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)，是人類(lèi)賴以生存的必要條件，能源的開(kāi)發(fā)和利用程度直接影響著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民物質(zhì)生活水平的提高，能源的生產(chǎn)、建設(shè)與消費(fèi)，又將直接制約著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的向前發(fā)展和人民物質(zhì)文化水平的提高。因此，能源問(wèn)題已成為當(dāng)今世界普遍關(guān)注的重大問(wèn)題。熱管是一種具有高效傳熱性能的元件，它可利用很小的截面積遠(yuǎn)距離傳輸大熱量而無(wú)需外加動(dòng)力。本設(shè)計(jì)包含三方面的內(nèi)容。第二，熱力計(jì)算。最后是設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)等方面內(nèi)容。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、可操控性強(qiáng)、換熱效率高、動(dòng)力消耗小等優(yōu)點(diǎn)，熱管換熱器越來(lái)越受到人們的重 視，是一種應(yīng)用前景非常好的換熱設(shè)備。本文就熱管換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)、應(yīng)用及設(shè)計(jì)做了一個(gè)簡(jiǎn) 要的論述，著重探討了熱管換熱器的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：熱管；熱管換熱器；結(jié)構(gòu)參數(shù)；設(shè)計(jì)計(jì)算AbstractHeat pipe is a highly efficient heat transfer ponents, it is a fast heat to spread from one point to another point of the device, consisting of the heat pipe ponents, the use of the principle of heat pipe heat exchanger for thermal exchange called the heat pipe heat exchanger. Because of its simple structure, strong control, heat exchanger, high efficiency, power consumption, etc, and heat pipe heat exchanger more and more attention, is a very good prospect heat transfer equipment. At present, it is widely used in power, chemical, metallurgy, electric power, puters and other fields. In this paper, the development of heat pipe heat exchanger status, trends, applications and design had a brief discussion, focused on the design of heat pipe heat exchanger. Heat pipe heat exchanger in the discussion of the design process, mainly for the thermal calculation, equipment, structural calculations, ponent selection of parameters made a reasonable construction and design bined with the actual situation of the air heat pipe heat exchanger preheating the basic model.Key words: Heat pipe。 Structural parameters。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(yuǎn)距離傳熱、溫 度可控制等特點(diǎn)。熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的新型傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)的液體 的蒸發(fā)與凝結(jié)來(lái)傳遞熱量，它利用毛吸作用等流體原理，起到良好的制冷效果。將熱管散熱器的基板與晶閘管等大功率電力電子器件的管芯緊密接 觸，可直接將管芯的熱量快速導(dǎo)出。大量的工業(yè)鍋 爐和各種窯爐、加熱爐所排放的高溫?zé)煔猓脽峁軞鈿鈸Q熱器進(jìn)行余熱回收，所得 到的高溫空氣可用于助燃或干燥，因此應(yīng)用前景非常廣闊。如果我國(guó)鍋爐的熱效率能夠提高10%，節(jié)約的能耗則相當(dāng)于三峽水庫(kù)一年的發(fā) 電量，做好工業(yè)鍋爐及窯爐的節(jié)能工作對(duì)節(jié)約能源具有十分重要的意義。熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，它通過(guò)在全封閉真空管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā) 與凝結(jié)來(lái)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(yuǎn)距離傳熱、可控制溫度等一系列優(yōu)點(diǎn)。由于其特殊的傳熱特性可控制管壁溫度，避免露 點(diǎn)腐蝕。重 力熱管因其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)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 為蒸汽，蒸汽在壓差作用下上升至放熱側(cè)，同時(shí)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)。熱管在冷、熱兩側(cè)均可裝設(shè)翅片，以強(qiáng)化傳熱。完成這一轉(zhuǎn)移有6個(gè)同時(shí)發(fā)生而又相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò) 程。為進(jìn) 一步了解熱管的傳熱機(jī)理，將以上6個(gè)過(guò)程詳述如下：從熱源到蒸發(fā)段內(nèi)液一汽分界面的傳熱過(guò)程基本上是熱傳導(dǎo)過(guò)程。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(shí)熱量既通過(guò)吸液芯材料進(jìn)行熱傳導(dǎo)，同是也 通過(guò)吸液芯毛細(xì)孔內(nèi)的液態(tài)金屬進(jìn)行傳導(dǎo)。通過(guò)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。熱量傳遞到液一汽分界面附近以后，液體就可能蒸發(fā)，與液體蒸發(fā)的同時(shí)，由于從表面離開(kāi)的液體質(zhì)量使液一汽交界面縮回到吸液芯里面，形成一個(gè)凹形的彎月面(),這個(gè)彎月面的形狀對(duì)熱管工作性能有決定性影響。這個(gè)壓差是液體流動(dòng)和蒸汽流動(dòng)的基本推動(dòng)力。在蒸發(fā)段，如果熱量進(jìn)一步增高，則彎月面還要進(jìn)一步縮入到吸液芯里面，最后它可能妨礙毛細(xì)結(jié)構(gòu)中的液體流動(dòng)，并破壞熱管的正常工作。此流動(dòng)是由蒸汽腔兩端的小壓差引起的。蒸發(fā)段與冷卻段之間這個(gè)溫 差常?？勺鳛闊峁芄ぷ鞒晒εc否的一個(gè)判據(jù)。c或rc,則熱管常常被稱為在“熱管工況”下工作，即等溫工作。熱管內(nèi)的蒸汽流動(dòng)可以是層流，也可是湍流，這取決于熱管的實(shí)際工作情況。應(yīng)該指出： 蒸汽腔內(nèi)的驅(qū)動(dòng)壓力要比蒸發(fā)段與冷卻段內(nèi)液體的飽和蒸汽壓差銷(xiāo)為小一些。同樣，為了保持連續(xù)凝結(jié)，正在冷凝中的蒸汽壓力必須超過(guò)該處與之對(duì)應(yīng) 的液體的蒸汽壓力。在熱管內(nèi)只要有過(guò)量的工質(zhì)，就一定集中在冷凝表面上，因而實(shí)際上冷凝段的汽一液分界面是一個(gè)平面，蒸汽凝結(jié)釋放出的潛熱通過(guò)吸液芯、液體層和管壁把熱量傳給管外冷源。（1）很高的導(dǎo)熱性。（2）優(yōu)良的等溫性。（3）熱流密度可變性。（4）熱流方向的可逆性。（5）恒溫特性。（6）熱二極管與熱開(kāi)關(guān)性能。（7）環(huán)境的適應(yīng)性。（8）熱管換熱器可以通過(guò)換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開(kāi)，在運(yùn)行過(guò)程中單根 熱管因?yàn)槟p、腐蝕、超溫等原因發(fā)生破壞時(shí)基本不影響換熱器運(yùn)行。（9）熱管換熱器的冷、熱流體完全分開(kāi)流動(dòng)，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)冷、熱流體的逆 流換熱。（10）對(duì)于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過(guò)結(jié)構(gòu)的變化、擴(kuò)展受熱面等形 式解決換熱器的磨損和堵灰問(wèn)題。熱管作為一種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱裝置，其概念首先是由美國(guó)通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司的Gaugler于1944年提出的。Gaugler所 提出的第一個(gè)專(zhuān)利是一個(gè)冷凍裝置，由于時(shí)代條件的限制，Gaugler的發(fā)明在當(dāng)時(shí)未 能得到應(yīng)用。但因這種倡議并未經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，亦未能付諸實(shí)施。他采用一根不銹鋼管作殼體，鈉為工作介質(zhì)， 并發(fā)表了管內(nèi)裝有絲網(wǎng)吸液芯的熱管實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了有限的理論分析，同時(shí)提出了以銀和鋰作為熱管的工作介質(zhì)的觀點(diǎn)。此后英國(guó)原子能實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始了類(lèi)似的以鈉和其它物質(zhì)作為工作介質(zhì)的熱管研究工作。與此同時(shí)，在意大利的歐洲原子能聯(lián)合核研究中心也開(kāi)展了積極的熱管研究工作。1964年至1966年期間，美國(guó)無(wú)線電公司制作了以玻璃、銅、鎳、不銹鋼、鑰等材料作為殼體，水、銫、鈉、鋰、鉍等作為管內(nèi)的工作液體的多種熱管，操作溫度達(dá) 到 1650。并初次出現(xiàn)了柔性熱管和平板式的異形熱管。196