節(jié)能原理與技術(shù)講義

1、青島海灣集團(tuán)企業(yè)新型學(xué)徒制培訓(xùn)講義（鍋爐運行值班員高級）子模塊一、節(jié)能減排1.1節(jié)能減排改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)維持了高速增長。但進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題也越來越突出，突出體現(xiàn)在廢水、廢氣和固體廢物等對河流、空氣和土壤的污染，這些污染已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的生活，也影響到中國的可持續(xù)發(fā)展能力。環(huán)境承載力已經(jīng)成為中國經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的瓶頸，因此，盡最大可能降低能源消耗、減少污染物排放是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的內(nèi)在要求，也是建設(shè)和諧社會的內(nèi)在要求。節(jié)能減排是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措；是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇；對于調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式、提高人民生活質(zhì)量

2、、維護(hù)中華民族長遠(yuǎn)利益，具有極其重要而深遠(yuǎn)的意義；也是我國對國際社會應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。我們要充分認(rèn)識節(jié)能減排工作的重要性和緊迫性。1.2節(jié)能減排的意義我國經(jīng)濟(jì)快速增長，各項建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境的矛盾日趨尖銳，群眾對環(huán)境污染問題反應(yīng)強(qiáng)烈。這種狀況與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、增長方式粗放直接相關(guān)。不加快調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變增長方式，資源支撐不住，環(huán)境容納不下，社會承受不起，經(jīng)濟(jì)發(fā)展難以為繼。只有堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展。同時，溫室氣體排放引起全球氣候變暖，備受國際社會廣泛關(guān)注。進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能減排工作，也是應(yīng)對全球氣候變化的迫切需要

3、，是我們應(yīng)該承擔(dān)的責(zé)任。(一)節(jié)能減排是中國可持續(xù)發(fā)展的必然選擇關(guān)于中國的能源家底，有一種說法是中國富煤、貧油、少氣。節(jié)能減排完全沒有必要，而實際上，煤炭資源雖然絕對數(shù)量龐大，但1800億噸左右的可采儲量，只要除以13億這個龐大的人口基數(shù)，人均資源占有量就會少得可憐。石油，我國去年消費原油3.2億噸，當(dāng)中1.5億噸來自進(jìn)口。這就顯示，節(jié)能減排的重要性，即使將新發(fā)現(xiàn)的渤海灣大油田10億噸儲存全部開采。也僅夠我國用三年。目前我國探明石油儲量約60億噸，僅夠開采20年，剛好是世界平均40年的一半。我國節(jié)能減排的壓力比世界上任何一個國家都要大，特別是，我國還是世界上能源浪費較為嚴(yán)重的國家之一。我國應(yīng)該

4、節(jié)能減排不能像美國那樣消耗能源，現(xiàn)在我國平均每人每年消耗石油200公斤，美國每人每年消耗3噸。2020年，中國15億人口，我們?nèi)绻衩绹粯用咳讼?噸，每年就需要45億噸，去年世界石油產(chǎn)量只有40億噸， 40億噸石油貿(mào)易量只有16億噸，加上成品油20億噸貿(mào)易量，全部貿(mào)易量給中國都不夠。我們必須走一條節(jié)能減排新興工業(yè)化道路，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會?！保ǘ┕?jié)能減排是遵循人類社會發(fā)展規(guī)律和順應(yīng)當(dāng)今世界發(fā)展潮流的戰(zhàn)略舉措節(jié)能減排的重要性，工業(yè)革命以來，世界各國尤其是西方國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展是以大量消 耗能源資源為代價的，并且造成了生態(tài)環(huán)境的日益惡化。有關(guān)研究表明，過去50年全球平均氣溫上升的

5、原因，90%以上與人類使用石油等燃料產(chǎn)生的溫室氣體增加有關(guān)，由此引發(fā)了一系列生態(tài)危機(jī)。節(jié)約能源資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，已成為世界人民的廣泛共識。保護(hù)生態(tài)環(huán)境，發(fā)達(dá)國家應(yīng)該承擔(dān)更多的責(zé)任。發(fā)展中國家也要發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，避免走發(fā)達(dá)國家“先污染、后治理”的老路。對于我國來講，進(jìn)一步加強(qiáng)節(jié)能減排工作，既是對人類社會發(fā)展規(guī)律認(rèn)識的不斷深化，也是積極應(yīng)對全球氣候變化的迫切需要，節(jié)能減排是樹立負(fù)責(zé)任的大國形象、走新型工業(yè)化道路的戰(zhàn)略選擇。（三）節(jié)能減排是應(yīng)對資源稀缺與環(huán)境承載能力有限的挑戰(zhàn)的必然選擇近年來，我國資源環(huán)境問題日益突出，節(jié)能減排形勢十分嚴(yán)峻。我國人均水資源占有量僅為世界平均水平的1/4，到2030年將

6、成為世界上嚴(yán)重缺水的國家。我國的石油、天然氣人均占有儲量只有世界平均水平的11%和4.5%，45種礦產(chǎn)資源人均占有量不到世界平均水平的一半。我國人均耕地面積不足1.5 畝，不到世界平均水平的1/2。目前，我國能源利用效率比國際先進(jìn)水平低10個百分點左右，單位GDP能耗是世界平均水平的3倍左右。環(huán)境形勢更加嚴(yán)峻，主要污染物排放量超過環(huán)境承載能力，流經(jīng)城市的河段普遍受到污染，土壤污染面積擴(kuò)大，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境總體惡化的趨勢仍未得到根本扭轉(zhuǎn)。發(fā)達(dá)國家上百年分階段出現(xiàn)的環(huán)境問題，近20多年來在我國集中出現(xiàn)。由于我國已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加速期，重化工業(yè)較快增長還會持續(xù)一段較長時間，這一過程中能源

7、資源消耗和污染排放與經(jīng)濟(jì)增長一般呈現(xiàn)正向關(guān)聯(lián)。因此，在資源稀缺與環(huán)境承載能力有限的情況下，傳統(tǒng)的高投入、高消耗、高排放、低效率的增長方式已經(jīng)走到了盡頭。不加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，資源難以支撐，環(huán)境難以容納，社會難以承受，科學(xué)發(fā)展難以實現(xiàn)。因此，為了我們的國家，為了我們了社會，為了更好的生存我們必須貫徹實施節(jié)能減排計劃。1.3節(jié)能減排的措施為了降低能耗和污染物的排放量，中國政府積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，落實科學(xué)發(fā)展觀。政府采取了各種優(yōu)惠措施，加快發(fā)展服務(wù)業(yè)，推進(jìn)工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級。中國政府還堅決關(guān)停小火電、小水泥廠等高污染、低能效的落后產(chǎn)能。此外，中國也在努力與國際社會合作研究清潔煤技

8、術(shù)，這將為中國清潔利用豐富的煤炭資源提供可行的技術(shù)條件。不僅如此，中國也在通過各種措施提高人們在生產(chǎn)、生活中的節(jié)能意識。節(jié)能減排關(guān)系社會可持續(xù)發(fā)展，關(guān)系廣大人民群眾切身利益，但目前節(jié)能減排工作任務(wù)相當(dāng)艱巨，必須下最大的決心，用最大的力氣，采取各種有效措施，并需要全民動員，從現(xiàn)在做起，從點滴做起。（一）要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整要大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，以專業(yè)化分工和提高社會效率為重點，積極發(fā)展生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)；以滿足人們需求和方便群眾生活為中心，提升發(fā)展生活性服務(wù)業(yè)；要大力發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，堅持走新型工業(yè)化道路，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級，提高高技術(shù)產(chǎn)業(yè)在工業(yè)中的比重。要積極實施“騰籠換鳥”戰(zhàn)略，加快淘汰落后生產(chǎn)能力、工藝

9、、技術(shù)和設(shè)備；對不按期淘汰的企業(yè)，要依法責(zé)令其停產(chǎn)或予以關(guān)閉。 （二）要大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)要按照循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，加快園區(qū)生態(tài)化改造，推進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)，構(gòu)建跨產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈，推進(jìn)行業(yè)間廢物循環(huán)。要推進(jìn)企業(yè)清潔生產(chǎn)，從源頭減少廢物的產(chǎn)生，實現(xiàn)由末端治理向污染預(yù)防和生產(chǎn)全過程控制轉(zhuǎn)變，促進(jìn)企業(yè)能源消費、工業(yè)固體廢棄物、包裝廢棄物的減量化與資源化利用，控制和減少污染物排放，提高資源利用效率。 （三）要強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新要組織培育科技創(chuàng)新型企業(yè)，提高區(qū)域自主創(chuàng)新能力。加強(qiáng)與科研院校合作，構(gòu)建技術(shù)研發(fā)服務(wù)平臺，著力抓好技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)示范企業(yè)建設(shè)。要圍繞資源高效循環(huán)利用，積極開展替代技術(shù)、減量技術(shù)、再利用技術(shù)、資源化技術(shù)、

10、系統(tǒng)化技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)研究，突破制約循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。 （四）要加強(qiáng)組織領(lǐng)導(dǎo)，健全考核機(jī)制要成立發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)節(jié)約型社會工作機(jī)構(gòu)，研究制定發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)節(jié)約型社會的各項政策措施。要設(shè)立發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)節(jié)約型社會專項資金，重點扶持循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展項目、節(jié)能降耗活動、減量減排技術(shù)創(chuàng)新補助等。要把萬元生產(chǎn)總值、化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量納入國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展年度計劃；要建立健全能源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)的保障機(jī)制，將降耗減排指標(biāo)納入政府目標(biāo)責(zé)任和干部考核體系。為了我們的國家，為了我們的社會，為了更好的生存，我們必須牢固樹立和全面貫徹科學(xué)發(fā)展觀，貫徹實施節(jié)能減排計劃，積極探索出一條社會經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展的

11、途徑。子模塊二、能量的平衡2.1概述用能設(shè)備及企業(yè)，要消耗能源以電能、熱能、機(jī)械能等來生產(chǎn)各種產(chǎn)品。人們關(guān)注的主要問題，一是產(chǎn)品的質(zhì)量，二是能源消耗水平，及能源利用效率的高低。前者涉及生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)流程及操作水平，后者涉及用能水平。在能源消耗量日益劇增、世界能源相對緊缺的情況下，提高設(shè)備熱效率，提高企業(yè)的能量利用率，已愈來愈為人們所重視。進(jìn)行企業(yè)或者設(shè)備的能量平衡，以評價其能源利用狀況，找出能源浪費的環(huán)節(jié)或部位，優(yōu)化用能過程，指導(dǎo)節(jié)能工作，達(dá)到降低成本、提高生產(chǎn)效率的目的。熱力學(xué)第一定律是熱平衡的基礎(chǔ)，他是能量轉(zhuǎn)換與守恒定律在伴隨著熱效應(yīng)的物理及化學(xué)過程的應(yīng)用，指出各種能量在傳遞和轉(zhuǎn)換過程中，

12、其總量是守恒的。過程進(jìn)行中，輸入能量一部分被有效利用，或?qū)ν庾鲇杏霉Γ蛞鸸べ|(zhì)的能量變化，另一部分則被損失掉，即輸入能量=有效利用能量+損失能量2.2熱平衡由于所有耗能設(shè)備總要消耗燃料或其他能源，對輸入系統(tǒng)的能量和離開系統(tǒng)的能量進(jìn)行數(shù)量上的平衡，即為熱平衡，熱平衡在能量系統(tǒng)和節(jié)能管理工作中極為重要。一個處于任意平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，在沒有宏觀功的條件下，靠系統(tǒng)與外界直接相互作用以改變系統(tǒng)狀態(tài)的方式稱熱接觸（或熱交換）。兩個熱力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行熱接觸時，系統(tǒng)原來的平衡狀態(tài)一般都將發(fā)生變化；經(jīng)過足夠長的時間之后，系統(tǒng)的狀態(tài)不再發(fā)生變化；這時可以認(rèn)為兩個系統(tǒng)處于熱平衡。如果兩個系統(tǒng)熱接觸時，狀態(tài)沒有發(fā)生變化，

13、則說明兩個系統(tǒng)已是互為熱平衡的?？梢哉J(rèn)為互為熱平衡的兩個系統(tǒng)的冷熱程度相同。熱平衡的分類：（1）設(shè)備熱平衡 以一臺設(shè)備或裝置為對象的熱平衡。（2）企業(yè)熱平衡 以車間、企業(yè)為對象的熱平衡。企業(yè)熱平衡建立在設(shè)備熱平衡的基礎(chǔ)上。我國以制定了相應(yīng)的熱平衡國家標(biāo)準(zhǔn)，并已對如鍋爐、工業(yè)窯爐、用汽設(shè)備等設(shè)備和如石化廠、發(fā)電廠等企業(yè)開展了熱平衡工作。熱平衡方程（熱交換定律）溫度不同的兩個或幾個系統(tǒng)之間發(fā)生熱量的傳遞，直到系統(tǒng)的溫度相等。在熱量交換過程中，遵從能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。從高溫物體向低溫物體傳遞的熱量，實際上就是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，高溫物體內(nèi)能的減少量就等于低溫物體內(nèi)能的增加量。其平衡方程式為：Q放=Q吸(Q表

14、示熱量)此方程只適用于絕熱系統(tǒng)內(nèi)的熱交換過程，即無熱量的損失；在交換過程中無熱和功轉(zhuǎn)變問題；而且在初、末狀態(tài)都必須達(dá)到平衡態(tài)。系統(tǒng)放熱，一般是由于溫度降低、凝固、液化及燃料燃燒等過程。而吸熱則是由于溫度升高，熔解及汽化過程而引起的。2.3設(shè)備熱平衡設(shè)備熱平衡是企業(yè)熱平衡的基礎(chǔ)，只有設(shè)備用能合理，才能使企業(yè)用能合理。在我國，無論是工業(yè)生產(chǎn)還是家庭用戶，大量使用鍋爐。發(fā)電廠所用的電站鍋爐，每年約消耗我國煤產(chǎn)量的三分之一。工業(yè)鍋爐及家庭用煤又消耗約三分之一。而鍋爐尤其是工業(yè)鍋爐的熱效率較低，做好鍋爐熱平衡，提高其運行效率，對節(jié)能具有重大意義。鍋爐是將煤的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝蛩臒崮艿脑O(shè)備。由于各種原因

15、，燃料在鍋爐中不會完全燃燒，燃燒放出的熱量也只有一部分被工質(zhì)所吸收，還有一部分隨爐渣煙氣排放到環(huán)境中。盡量減少損失熱是提高鍋爐效率的有效措施。2.4鍋爐熱平衡一、鍋爐熱平衡的概念在穩(wěn)定工況下，輸入鍋爐的熱量應(yīng)與輸出鍋爐的熱量相平衡，鍋爐的這種熱量收、支平衡關(guān)系，就叫鍋爐熱平衡。輸入鍋爐的熱量是指伴隨燃料送入鍋爐的熱量；鍋爐輸出的熱量可以分為兩部分，一部分為有效利用熱量，另一部分為各項熱損失。鍋爐熱平衡是按1kg固體或液體燃料（對氣體燃料則是1Nm3標(biāo)準(zhǔn)）為基礎(chǔ)進(jìn)行計算的。在穩(wěn)定工況下，鍋爐熱平衡方程式可寫為： kJ/kg (31)以百分?jǐn)?shù)表示的熱平衡方程式，即 % (32)二、鍋爐熱平衡的意義

16、研究鍋爐熱平衡的意義，就在于弄清燃料中的熱量有多少被有效利用，有多少變成熱損失，以及熱損失分別表現(xiàn)在哪些方面和大小如何，以便判斷鍋爐設(shè)計和運行水平，進(jìn)而尋求提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性的有效途徑。鍋爐設(shè)備在運行中應(yīng)定期進(jìn)行熱平衡試驗（通常稱熱效率試驗），以查明影響鍋爐效率的主要因素，作為改進(jìn)鍋爐的依據(jù)。鍋爐輸入熱量和有效利用熱量一、鍋爐輸入熱量對應(yīng)于1kg固體或液體燃料輸入鍋爐的熱量包括燃料收到基低位發(fā)熱量、燃料的物理顯熱、外來熱源加熱空氣時帶入的熱量和霧化燃油所用蒸汽帶入熱量，即=+ (33)燃料的物理顯熱為： (34)對于燃煤鍋爐，如燃煤和空氣都未利用外部熱源進(jìn)行預(yù)熱，且燃煤水分0存在端差出水溫度降低加

17、熱不足運行中加熱器端差增大的原因：（1）加熱器殼側(cè)不凝結(jié)氣體增加（2）加熱器管側(cè)表面臟污和沉積（3）疏水異常受熱面減少或過負(fù)荷工作端差對經(jīng)濟(jì)性的影響、端差的存在和增大表現(xiàn)為（1）給水吸熱在相鄰加熱器間轉(zhuǎn)移（2）高壓級抽汽增加替代低壓級抽汽放熱（3）造成回?zé)嶙鞴Ρ认陆涤绊懟責(zé)岬男Ч煌南到y(tǒng)連接方式端差的影響不同疏水冷卻器疏水冷卻器DC的熱力過程疏水自流指由pj壓力下的飽和水自流至pj-1壓力加熱器（左圖）在hs圖上表示為沿a-b的等焓節(jié)流過程，雖然焓不變但有熵增使用DC后疏水由pj壓力飽和水a(chǎn)沿等壓 (飽和水)線冷卻至a1降溫后的疏水自流至pj-1壓力加熱器表現(xiàn)為沿a1-b1的等焓節(jié)流使用DC

18、后的節(jié)流熵增s1明顯小于無DC時的節(jié)流過程熵增s疏水冷卻器DC的節(jié)能原理主因：由于水蒸氣性質(zhì)(等壓線漸擴(kuò)性)，使用DC減少了節(jié)流熵增輔因：由于疏水溫度降低其在j-1級加熱器中的放熱過程溫差減少疏水冷卻器DC的定量分析j的影響：NO.j疏水放熱變化：H=BjjjNO.j抽汽放熱變化：H=jjjNO.j-1疏水放熱變化：H=(Bj+j)jj-1綜合影響：H=(Bj+j)j(j-j-1)綜合影響：Q=(Bj+j)j(j-j-1)經(jīng)濟(jì)性分析i=(H-Qi)/(H-H)凝汽器過冷度凝汽器過冷度過冷度是凝汽器凝水溫度低于相應(yīng)飽和溫度的現(xiàn)象凝汽器空氣漏入較多或抽氣器工作異常是主要原因過冷度的定量分析過冷度增

19、大對應(yīng)的熱井凝結(jié)水出水焓差值為cNO.1凝水吸熱增加斥汽作功減少：H1=A1c1若NO.1疏水排向熱井抽汽放熱增加：q1=cH2=1c1H=H1+H2i=H/(H-H)子模塊六、熱管及熱管換熱器6.1 熱管的基本知識 熱管的結(jié)構(gòu)和基本原理一、熱管結(jié)構(gòu)1、密閉容器 不同的工作流體須選擇兼容的殼體材料與之配合2、毛細(xì)結(jié)構(gòu) 包括銅網(wǎng)、纖維、溝槽、燒結(jié)3、作動流體 包括水、甲醇、氨等二、熱管工作原理熱管的基本工作原理如圖所示,典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成,將管內(nèi)抽成1.3(10-110-4)Pa的負(fù)壓后充以適量的工作液體,使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體后加以密封。管的一端為蒸發(fā)段(加

20、熱段),另一端為冷凝段(冷卻段),根據(jù)應(yīng)用需要在兩段中間可布置絕熱段。當(dāng)熱管的一端受熱時毛細(xì)芯中的液體蒸發(fā)汽化,蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體,液體沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已,熱量由熱管的一端傳至另一端。熱管的分類種 類工作介質(zhì)工作溫度/兼容殼體材料低溫?zé)峁馨狈锇?21(CHCI2F)氟里昂-11(CCI3F)氟里昂-113(CCI2FCCIF2)-60100-40100-40120-10100鋁、不銹鋼、低碳鋼鋁、鐵鋁、不銹鋼、銅鋁、銅常溫?zé)峁芤淹楸掖技状技妆剿?1000120013010130029030250黃銅、不銹鋼鋁、銅、不銹鋼銅、不銹鋼

21、銅、不銹鋼、碳鋼不銹鋼、低碳鋼、低合金鋼銅碳鋼(內(nèi)壁經(jīng)化學(xué)處理)中溫?zé)峁茌谅?lián)苯導(dǎo)熱姆-A導(dǎo)熱姆-E汞147350147300150395147300250650鋁、不銹鋼、碳鋼不銹鋼、碳鋼銅、不銹鋼、碳鋼不銹鋼、碳鋼、鎳奧氏體不銹鋼高溫?zé)峁茆涗C鈉鋰銀4001000400110050012001000180018002300不銹鋼鈦、鈮不銹鋼、因康鎳合金鎢、鉭、鉬、鈮鎢、鉭熱管基本特征熱管是依靠自身內(nèi)部工作液體相變來實現(xiàn)傳熱的傳熱組件,具有以下基本特征:1、很高的導(dǎo)熱性 熱管內(nèi)部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱,熱阻很小,因此具有很高的導(dǎo)熱能力。2、優(yōu)良的等溫性 熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài),飽和

22、蒸汽的壓力決定于飽和溫度,飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段所產(chǎn)生的壓降很小,根據(jù)熱力學(xué)中的Clausuis-Clapeyron方程式可知,溫降亦很小,因而熱管具有優(yōu)良的等溫性。3、熱流密度可變性 熱管可以獨立改變蒸發(fā)段或冷凝段的加熱面積,即以較小的加熱面積輸入熱量,而以較大的冷卻面積輸出熱量,反之亦然。這樣可以改變熱流密度,解決一些其它方法難以解決的傳熱問題。4、熱流方向的可逆性 一根水平放置的有芯熱管,由于其內(nèi)部循環(huán)動力是毛細(xì)力,因此任意一端受熱就可作為蒸發(fā)段,而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛(wèi)星在空間的溫度展平,也可用于先放熱后吸熱的化學(xué)反應(yīng)器及其它裝置。5、熱二極與熱開

23、關(guān)性能 熱管可做成熱二極管或熱開關(guān)。所謂熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動,而不允許向相反的方向流動;熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時,熱管開始工作,當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時,熱管就不傳熱。6、恒溫特性(可控?zé)峁? 普通熱管的各部份熱阻基本上不隨加熱量的變化而變,但可變導(dǎo)熱管使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加,這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的情況下,蒸汽溫度變化極小,實現(xiàn)溫度的控制,這就是熱管的恒溫特性。7、環(huán)境的適應(yīng)性 熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化。6.2熱管理論熱管的幾種傳熱極限：毛細(xì)極限：指熱管由于吸液芯結(jié)構(gòu)為工作介質(zhì)循環(huán)提供的毛細(xì)壓力的限制而導(dǎo)致的傳

24、熱極限。攜帶極限：當(dāng)熱管內(nèi)部的蒸汽速度足夠高時，液汽交界面存在的剪切力可能將吸液芯表面的液體撕裂將其帶入蒸汽流從而導(dǎo)致蒸發(fā)區(qū)干涸。沸騰極限：指熱管蒸發(fā)段由于徑向熱流或者管壁溫度變得非常高而在吸液芯中液體生存氣泡時的最大傳熱量。冷凝極限：指由冷凝段的傳熱能力所制約的熱管的傳熱極限。聲速極限：熱管內(nèi)部的蒸汽流動，由于慣性力的作用，在蒸發(fā)段出口處蒸汽速度可能達(dá)到聲速或超聲速而出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象，此時的最大傳熱量被稱為聲速極限。黏性極限：蒸汽的壓力由于黏性力的作用不斷降低，熱管的傳熱量隨著冷凝段蒸汽壓力的不斷降低而增大，最終熱管傳熱量在蒸汽壓力位于冷凝段的末端時降為零而達(dá)到極限。連續(xù)流動極限：對于小熱管以及

25、工作溫度很低的熱管，熱管內(nèi)部的蒸汽流動可能處于自由分子狀態(tài)或者稀薄、真空狀態(tài)，在這種情況下，由于不能獲得連續(xù)的蒸汽流，熱管的傳熱能力將受到限制，熱管的這種傳熱極限即為連續(xù)流動極限。冷凍啟動極限：指熱管在從冷凍狀態(tài)啟動的過程中，從蒸發(fā)段流來的蒸汽可能在絕熱段或冷凝段再次冷凝而耗盡蒸發(fā)段流來的工作介質(zhì)，導(dǎo)致蒸發(fā)段干涸，熱管無法正常啟動工作時的最大傳熱量。6.3熱管的計算熱管氣-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。2.1熱

26、管的材料及工作溫度根據(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。在進(jìn)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。一般地說，這與設(shè)計的目的有關(guān)。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。在某些場合下要求相當(dāng)苛刻，例如宇航、軍工中就是如此。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(jì)性則處于次要地位。在民用和一般工業(yè)中，管子數(shù)量相當(dāng)多（已屬批量生產(chǎn)），這時經(jīng)濟(jì)性占了突出地位，如果價格昂貴，應(yīng)用也就失去意義。故此時的熱管設(shè)計應(yīng)注意經(jīng)濟(jì)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

27、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。殼體材料首先應(yīng)滿足與工質(zhì)的相容性要求。除此之外殼體材料還應(yīng)滿足在工作溫度下的剛度和強(qiáng)度要求。同時應(yīng)考慮對熱管殼體材料的選擇必須符合我國有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。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。一般應(yīng)考慮以下一些原則：工質(zhì)應(yīng)適應(yīng)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。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。在良好的熱管工作時，工質(zhì)必然在汽-液兩相狀態(tài)。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。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。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。因為一旦殼體或吸液芯材料與工作液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)了，或是工作液體本身分解了，都將產(chǎn)生不凝性氣體?；瘜W(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。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(dāng)多。原