【正文】 分廣闊的前景。 熱管直徑、熱管長度、翅片的結(jié)構(gòu)參數(shù)(翅片間距、翅片高度、翅片厚度) 決定翅片效率和翅化比,對熱管氣氣換熱器的傳熱及流阻性能影響較大,并涉及換熱器的緊湊性、投資和運行費用。這也影響了熱管氣氣換熱器的應用。速度較小時,熱管翅片上易積灰,使熱管換熱能力下降,嚴重時堵塞換熱器,使其失效。（3）露點腐蝕雖然也有工程技術(shù)人員已經(jīng)采用了以避免露點腐蝕為控制目標的設(shè)計計算，但由于受傳統(tǒng)設(shè)計計算手段的限制，設(shè)計計算采用試算驗證的方式進行，難以做到各項參數(shù)的優(yōu)化組合，從而造成熱管氣氣換熱器的實際運行參數(shù)與設(shè)計參數(shù)的偏離，導致露點腐蝕，導致熱管失效。根據(jù)熱管的工作原理知道，影響熱管性能的幾個主要因素為：管內(nèi)的工作液體；熱管的工作溫度；管壁（殼體）材料。一般地說，這與設(shè)計的目的有關(guān)。在某些場合下要求相當苛刻，例如宇航、軍工中就是如此。在民用和一般工業(yè)中，管子數(shù)量相當多（已屬批量生產(chǎn)），這時經(jīng)濟性占了突出地位，如果價格昂貴，應用也就失去意義。殼體材料首先應滿足與工質(zhì)的相容性要求。同時應考慮對熱管殼體材料的選擇必須符合我國有關(guān)標準的規(guī)定。一般應考慮以下一些原則[25~28]：①工質(zhì)應適應熱管的工作溫度區(qū)在指定的設(shè)計條件下，冷源和熱源的溫度是已知的，換熱條件也是明確的，因而熱管本身的工作溫度范圍可以通過一般的傳熱公式計算出來。在良好的熱管工作時，工質(zhì)必然在汽液兩相狀態(tài)。在某一溫度范圍內(nèi)有幾種工作液體可被選用，這就要依次考慮各種因素，并加以對比，作出選擇。因為一旦殼體或吸液芯材料與工作液體發(fā)生化學反應了，或是工作液體本身分解了，都將產(chǎn)生不凝性氣體。目前還沒有完整的理論來計算材料的相容性，但是確定材料相容性的試驗研究結(jié)果已相當多。③工質(zhì)應有良好的熱物理性質(zhì)工質(zhì)的品質(zhì)因數(shù)用來說明工質(zhì)的物理性質(zhì)對熱管軸向傳熱能力的影響，用符號N1表示，是一個有因次數(shù)，單位是W/m2（）④其他（包括經(jīng)濟性、毒性、環(huán)境污染等）滿足以上條件的工質(zhì)并不一定就是可采用的最好工質(zhì)，還要考慮制作的安全性、經(jīng)濟性和來源的難易程度等一系列問題。熱管管徑的大小對熱管的性能有影響，即對熱管換熱器的性能有影響。對一臺換熱器來說，當總的熱負荷一定時，所需要管子的根數(shù)就減少，這會降低設(shè)備的造價和投資。但對熱管傳熱熱阻來說，就熱管氣氣換熱器來說，在總的傳熱熱阻中，起控制作用的是管外兩側(cè)的放熱熱阻。對熱管的強度來說，在其他條件相同的情況下，管徑越小，所能承受的管內(nèi)壓力就越高，管徑小些有利。但管徑的大小還直接影響了管內(nèi)流通面積的大小，從而影響著熱管的幾項傳熱極限。在熱管的加熱段如果增加輸入的熱量超過一定值時，工質(zhì)蒸汽流在加熱段的出口處達到音速，便出現(xiàn)蒸汽流動的阻塞現(xiàn)象，由此現(xiàn)象產(chǎn)生的傳熱量的界限稱為音速極限（聲速限）。在這樣的條件下，蒸汽流動可以被認為是不可壓縮的流體流動。否則，在高馬赫數(shù)下蒸汽流動的可壓縮性將不可忽略。則有（）（）（）式中：Av是蒸汽流道的面積，dv為蒸汽腔直徑，Qmax為最大軸向熱流量。熱管氣氣換熱器設(shè)計計算的主要任務在于求取總傳熱系數(shù)U，然后根據(jù)平均溫差ΔT及熱負荷Q求得總傳熱面積A，從而定出管子根數(shù)N。熱管氣氣換熱器的兩種基本計算方法是平均溫差法和傳熱單元數(shù)法，它們都能完成預熱器的設(shè)計計算和校核計算。通常由于設(shè)計計算時冷熱流體的進出口溫度差比較易于得到，對數(shù)平均溫度能夠方便求出，故常常采用平均溫差法進行計算；而校核計算時由于熱管氣氣換熱器冷熱流體的熱容流率和傳熱性能是已知的，熱管氣氣換熱器的效能易于確定，故采用傳熱單元數(shù)法進行計算。以上三個方程中共有八個獨立變量，它們是UA、(mcp)h、(mcp)c、ThThTcTcQ。對于設(shè)計計算，典型的情況是給出需設(shè)計熱管氣氣換熱器的熱容流率(mcp)h、(mcp)c，冷、熱流體進出口溫度中的三個已知量，如ThThTc1，計算另一個溫度Tc換熱量Q以及傳熱性能量UA。對于校核計算，典型的情況是給出已有熱管氣氣換熱器的熱容流率(mcp)h、(mcp)c、傳熱性能量UA以及冷熱流體的進口溫度ThTc1，計算換熱量Q和冷熱流體的出口溫度ThTc2，最后達到校核換熱器性能的目的。 2. 平均溫差法用于校核計算，其主要步驟為： （1）首先假定一個流體的出口溫度，按熱平衡方程求出流體的另一個出口溫度； （2）由四個進出口溫度計算出對數(shù)平均溫差ΔTm； （3）根據(jù)熱管氣氣換熱器的結(jié)構(gòu)，計算相應工作條件下的傳熱系數(shù)U 的數(shù)值； （4）從已知的UA和ΔTm由傳熱方程求出換熱量Q（假設(shè)出口溫度下的計算值）； （5）再由熱管氣氣換熱器熱平衡方程計算出冷熱流體的出口溫度值； （6）以新計算出的出口溫度作為假設(shè)溫度值，重復以上步驟（2）至（5），直至前后兩次計算值的誤差小于給定數(shù)值為止，一般相對誤差應控在1％。熱流體和冷流體的傳熱單元數(shù)NTUh和NTUc 各按下式定義計算： （）（）式中Th1和Th2分別為熱流體的進出口溫度。dTh 和dTc 分別為微元傳熱面兩側(cè)的熱流體與冷流體溫度；U為平均傳熱系數(shù)；A為傳熱面積；(mcp)h和(mcp)c分別為熱流體和冷流體的水當量。對操作中的熱管氣氣換熱器，傳熱單元數(shù)越大，表明其性能越好。熱管氣氣換熱器內(nèi)傳熱效率是指兩流體的實際傳熱量與理論上可能的最大傳熱量（即兩流體逆流操作且傳熱面積為無限大時的傳熱量,此時Tc2= Th1或Th2= Tc1）的比值。對于逆流操作的熱管氣氣換熱器為： （）其中：（）利用NTU與η的關(guān)系式和熱量衡算式，可較方便地進行傳熱計算，特別是對已有熱管氣氣換熱器傳熱性能進行核算，可避免試算或減少試算的次數(shù)。2. εNTU法用于熱管氣氣換熱器的設(shè)計計算，其主要步驟是：①由熱管氣氣換熱器的熱平衡方程求出待求的溫度值，進而由公式計算出預熱器效能ε； ②根據(jù)所選用的流動類型以及ε和Xmin/Xmax的數(shù)值，計算傳熱單元數(shù)NTU； ③初步確定換熱面的布置，并計算出相應的傳熱系數(shù)U的數(shù)值；④再由NTU的定義式確定換熱面積A=XminNTU/U，同時核算熱管空氣 預熱器冷熱流體的流動阻力；⑤如果流動阻力過大，或者換熱面積過大，造成設(shè)計不合理，則應改變設(shè)計方案重新計算。高溫煙氣沿流動方向不斷被冷卻，低溫的空氣沿流動方向不斷被加熱。因而熱管氣氣換熱器與常規(guī)間壁式換熱器的計算方法相似。對于加熱段，熱流體溫度為Th，Tv代表管內(nèi)介質(zhì)蒸汽溫度；對于換熱管，在加熱段和冷卻段的管內(nèi)蒸汽溫度基本相等，冷流體溫度為Tc 。TcTvThQ 熱管的溫度分布示意圖對于加熱段，有（）對于冷卻段，有（）式中的Ah 和Ac 分別為加熱段和冷卻段的管外總表面積，A0，h、A0，c分別為加熱段和冷卻段翅片間光管表面積；Af,h和Af,c分別為加熱段和冷卻段的管外翅片總表面積；Uh和Uc分別為加熱段和冷卻段以各段管外總表面積為基準的傳熱系數(shù)。在考慮吸液芯的情況下，蒸發(fā)段的管內(nèi)傳熱系數(shù)應包括吸液芯的導熱和表面蒸發(fā)兩項，同樣在冷凝段也應包括表面冷凝和吸液芯導熱兩項。式（）就具有如下的形式：（）式中的為以管內(nèi)面積為基準的熱管內(nèi)部蒸發(fā)傳熱系數(shù)，為以管內(nèi)面積為基準的熱管內(nèi)部冷凝傳熱系數(shù)。.K），再令（）（）其中的Uh、Uc分別為加熱段和冷卻段管外的有效給熱系數(shù)。在解決了熱管氣氣換熱器的總傳熱系數(shù)U之后，就可寫出熱管氣氣換熱器的總傳熱方程式為（）式中的Q為熱管氣氣換熱器總傳熱量，U為熱管氣氣換熱器的總傳熱系數(shù)，Ah為熱管氣氣換熱器加熱段管外總面積，ΔTm為熱管氣氣換熱器的對數(shù)平均溫差。從式（）求出U，分別代入式（），可求出Ah。 換熱準則方程及冷熱側(cè)對流換熱系數(shù)對于橫向掠過光管或光管管束的給熱系數(shù)，其準數(shù)方程式為[31]（）對叉排管束c=，對順排管束c=； Nu數(shù)、Pr數(shù)及Re數(shù)定義如下：（）式中的do為光管外徑，wmax為流體橫向掠過管束的最大流速，λf為流體的導熱系數(shù)，Cpf為流體的定壓比熱，ρf 為流體的密度，μf為流體的動力粘度。求Uf的準則方程一般具有如下形式：（）式中的c1和c2為常數(shù)，其大小和肋片的幾何形狀有關(guān)，Briggs和Young 綜合給出下列實驗方程為[32]：（）式中的sf/lf為翅片間距與翅片高度之比，sf/δf為翅片間距與翅片厚度之比。（）式中的ρf為標況下流體的密度,Vf為標況下流體的體積流量,NFA為管束的最小流通面積。L為熱管長度，Nn為迎氣流方向的管子數(shù)。 45＜（sf/δf）＜80。南京化工學院試驗所得的公式為[1]（）上式適用范圍：熱氣流溫度240~380℃ 。 以 Uf表達的U計算式為：（）式中（）（） 流體流動中的壓力損失，即（）式中的ΔP為壓力降（Pa）。Gmax為流體最大質(zhì)量流速(kg/)。 gc為重力換算系數(shù)，Dev為容積當量直徑(m),ρf為流體密度（kg/m3）。 μw為壁溫下的流體粘度()。Gunter推薦對光管和翅片管在湍流區(qū)的摩擦系數(shù)為[33]（）式中（）（）其中NFV為流體流動凈自由容積（m3）,Au為單位長度摩擦面積（m2）,而（）式中的df為翅片外徑（m），d0為光管外徑（m），δf為翅片厚度（m），nf為單位管長的翅片數(shù)（m1），SL為翅片管縱向間距（m），ST為翅片管橫向間距（m）。式（）所得的f值比式（）所得值小。對于圓片形翅片管（）式中的Nn為沿流動方向的管排數(shù)。計算傳熱量Q，空氣出口溫度Tc2和對數(shù)平均溫差ΔTm。~，已知冷、熱流體的體積流量V，則Aex,h為（）式中的Vh為熱流體的體積流量（標況下），w1為標況下的迎面風速， Ah ex為氣氣換熱器煙氣側(cè)的迎風面積，同理（）如果規(guī)定