热管技术在热能工程中的应用

2022-09-11

一、前言

热管具有良好的导热性能, 因此能够快速的将热能进行传递, 并且热管基本上没有热损耗, 所以其被称为传热超导体。热管的导热系数很高, 是目前应用较多的传热设备。最初其应用范围比较狭窄, 但由于其具有安全可靠、传热性能好、寿命长等特点, 其逐渐被应用于多方面领域, 比如航空航天、锅炉等等[1]。热管技术的应用与发展受到了高度重视, 特别是在热能工程中的应用, 为热能工程的发展奠定了重要基础。

二、热管技术的原理及其特点

1. 热管技术的原理

在加热过程中, 管芯内的工质会蒸发放热, 蒸汽带走热量流向冷凝段, 蒸汽就会冷凝为液态, 并且过程中会放出大量热量, 管芯提供的毛细作用力会使液态工质回流到蒸发段。从而整个过程就形成了一个闭合循环回路, 使得热量能够基本完全从加热段传到散热段。将热管立式放置时, 冷却段在上层, 加热段在下层, 液体直接靠重力作用就可以进行回流, 不需要毛细结构的管芯提供毛细作用力, 这样的热管叫做热虹吸管。热虹吸管被广泛应用于热能工程中。

2. 热管技术的特点

(1) 恒温

可变导热管可以实现冷热源的恒温, 也就是说当热源温度发生巨大变化时, 可以保持冷凝段液体温度不变, 或者保持热管温度不变, 使其不随热源的温度变化而变化[2]。这种恒温特性是很多其他换热方式所不能取代的, 比如说当利用汽车尾气对乘客车厢进行加热时, 热源的热负荷及排气温度都会随着汽车的情况变化而有所变化, 但是又要求冷凝段或者热源温度保持不变, 这时就可以通过热管技术进行实现, 有效的解决了这一问题。

(2) 传热效率高

在换热器中, 热管是重要的传热介质, 与同质量的其他金属相比, 传热量更大。同时, 其传热效率可达85%以上, 可以有效的进行余热回收, 还可以有效的利用其他低品位热源, 比如太阳能、地热能等等。采暖空调系统之间的温差如果不能很好的回收, 就会造成大量的热量损耗, 热管技术就可以很好的解决这一问题, 将其余热进行最大程度的回收利用。

(3) 适应性强

热管的加热段与冷凝段结构与位置布置易于控制, 可以有效实现热源分离;换热设备的受热与放热部分的结构设计与位置布置也较灵活, 可以很好的控制热源的分离距离, 使其能够达到实际需要以及符合所采用的热管性能。其距离可以定在很大的范围内, 少到几十厘米, 大到一百多厘米, 充分实现冷热液体之间的零泄漏。热管可以很好适应温差的变化, 并可以有效平衡温差。

三、热管技术在热能工程中的应用

1. 热管技术在锅炉上的应用[3]

热管技术所采用的换热器能够很好的将热管内液体的热量通过蒸发及冷凝进行传热, 其特点主要有:第一, 采用逆流换热, 具有较高的传热效率;第二, 冷热流体严格分开, 无泄漏现象出现, 并且不会因为一端损坏而影响两端液体的质量;第三, 热管之间相互独立工作, 互不影响, 便于拆卸与更换。将热管技术应用于锅炉中, 实际操作就是用热管换热器取代原本使用的空气预热器, 有效解决以往出现的堵灰及腐蚀等问题。热管在烟气侧的管壁温度是均匀的, 热管的冷热段大小的控制可以很好的控制管壁温度, 使之高于烟气的酸露点与水蒸气露点, 免腐蚀的发生。万一管壁温度没有控制好, 使得管外表面的烟气疏松而干燥, 热管换热器只要设计一定的烟速就可以使烟气有自吹灰作用, 防止堵灰。热管换热器因其本身的技术参数中漏风系数为零, 所以可以有效防止漏风现象。

2. 热管技术在余热回收中的应用

热管技术还可应用于余热回收中, 比如纺织业等, 这在很大程度上解决了能源浪费的现象。在纺织业中, 热管将余热进行回收, 然后送往固定的装置中, 以便循环利用。在这一过程中, 热管安装在废气排出口, 废气排出的同时就可以进行余热回收, 避免了损失, 达到最佳效果。此外, 鲜风通过定型机负压作用进入热管的蒸发段, 吸收热量后被送往传热管的新风段, 最后送往定型机烘箱的散热器, 从而余热回收工作完成。这一过程不仅简单, 而且也为纺织业回收了大量余热, 使其能够循环利用, 在很大程度上节约了能源成本, 同时, 也防止了能源浪费。

3. 热管技术在其他方面的应用

热管技术在其他方面的应用也有很多, 比如航空航天、道路交通等。将热管安装到航天器中, 蒸发段面对太阳, 冷凝段背对太阳, 蒸发段吸收太阳的大量热量, 其内部的工作介质蒸发后将热量传送到冷凝段, 在冷凝段释放热量后再次回到蒸发段, 再次进行循环, 这样可以实现航天器两侧温度的平衡, 避免因温差大而导致系统故障[4]。在我国北方地区, 温度较低, 土壤处于冻土状态, 每初夏, 温度升高, 冻土层自下而上融化, 这样就会形成翻涌导致铁路路基松懈, 而引发列车脱轨等严重交通事故。应用低温热管是解决这一问题的有效措施。不论是在寒冷季节还是在温暖季节, 冻土层中的低温热管都可以起到很好的调节作用, 平衡冻土层与空气的温度, 将热量进行相互间传递, 保证两者间的温度不至于相差太大, 避免出现翻涌现象。

结语

随着科学技术的不断发展, 人类对能源的利用也在不断进步, 传统能源也在不断减少, 将热管技术应用于热能工程中, 不仅可以实现热能的循环利用, 还可以为国家节约大量能源, 为能源的充分有效利用打下坚实的基础。但是, 由于技术水平有限, 在大力发展热管技术的同时, 还是会或多或少的出现一些技术上的难题, 因此, 科研人员应该继续对其进行研究, 解决热管技术所存在的难题, 使其能够更好的为热能工程所利用, 同时也使得热管技术能够得到快速发展。

摘要：随着改革开放的不断深入, 科学技术迅猛发展, 热管技术在热能工程中也得到了很好的应用。热管具有良好的导热性能, 使用截面小, 能自身产生很大的热能, 在热能工程中具有很好的应用价值。本文简述了热管技术的原理及其相关特点, 从而使其能够在热能工程中得到很好的应用, 使热能工程能够得到最大化发展与进步。

关键词：热管技术,热量,温度,价值