熱管空氣預(yù)熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)應(yīng)用

摘要熱管是一種新型高效的傳熱元件，在60年代首先被用于宇航技術(shù)中，70年代國(guó)外又在電子，機(jī)械，石油，化工等方面有了廣泛的應(yīng)用。近幾年，由于能源短缺，用熱管組成的換熱器在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用得到重視。熱管空氣預(yù)熱器是一種新型的節(jié)能設(shè)備，它利用煙氣的余熱來(lái)加熱進(jìn)爐的空氣，對(duì)于提高鍋爐的熱效率，節(jié)省燃料具有重要的作用。它與管式預(yù)熱器，回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器等其他類型的預(yù)熱器相比，具有體積小，質(zhì)量輕，效率高的特點(diǎn)。論文在分析熱管強(qiáng)化傳熱的機(jī)理上，以400t/h鍋爐空氣預(yù)熱器為設(shè)計(jì)對(duì)象，進(jìn)行了熱管空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)，并對(duì)熱管空氣預(yù)熱器的工作特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析。論文不僅在理論上進(jìn)一步探討了強(qiáng)化傳熱的方法，而且對(duì)實(shí)際工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：強(qiáng)化傳熱，熱管，熱管空氣預(yù)熱器AbstractTheheatpipeisonekindofnewhighlyeffectiveheattransferpart,firstusesinthe60'sintheastronavigationtechnology,the70'soverseasalsointheelectron,themachinery,thepetroleum,aspectsandsoonchemicalindustryhadthewidespreadapplication.Inrecentyears,becausetheenergyisshort,composestheheatinterchangerwiththeheatpipetoobtainintheindustrydomainapplicationtakes.Theheatpipeairpre-heaterisonekindofnewenergyconservationequipment,itheatsupthestoveusingthehazeafterheattheair,regardingenhancestheboilerthethermalefficiency,savesthefueltohavethevitalrole.Itwiththetubularpre-heater,therotationtypepre-heaterandsoonothertypepre-heatercompares,hasthevolumetobeyoung,thequalityislight,efficiencyhighcharacteristic.Thepaperinanalyzestheheatpipetostrengthentheheattransferonthemechanism,takethe400t/hboilerairpre-heaterasthedesignobject,hascarriedontheheatpipeairpre-heaterdesign,andcarriesonthesystemtotheheatpipeairpre-heaterworkcharacteristictheanalysis.Notonlythepaperfurtherhastheoreticallydiscussedthestrengthenedheattransfermethod,moreoverhascertainguidingsensetotheactualprojectapplication.Keyword:Strengthenedheattransfer,heatpipe,heatpipeairpre-heater目錄第一章強(qiáng)化傳熱機(jī)理 11.1強(qiáng)化傳熱的必要性 11.2強(qiáng)化傳熱的途徑 1第二章熱管空氣預(yù)熱器 52.1熱管的工作原理 52.2熱管的結(jié)構(gòu)與類型 72.3熱管的特性 102.4熱管的傳熱極限 122.5熱管空氣預(yù)熱器 13第三章熱管熱交換器的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法 163.1熱管熱交換器的傳熱計(jì)算 163.2熱管換熱器的流動(dòng)阻力計(jì)算 233.3熱管熱交換器的熱管工作安全性校驗(yàn) 25第四章熱管空氣預(yù)熱器的熱力設(shè)計(jì) 284.1設(shè)計(jì)原則 284.2設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù) 284.3結(jié)構(gòu)計(jì)算 284.4傳熱計(jì)算 304.5流阻計(jì)算 344.6安全性校核 35第五章結(jié)論 37參考文獻(xiàn) 38第一章強(qiáng)化傳熱機(jī)理1.1強(qiáng)化傳熱的必要性只要存在著溫度差，熱量就會(huì)自發(fā)地由高溫傳向低溫，因此熱傳遞過(guò)程是自然界中基本的物理過(guò)程之一。它廣泛見(jiàn)諸如動(dòng)力、化工、冶金、航天、空調(diào)、制冷、機(jī)械、輕紡、建筑等部門。大至單機(jī)功率為130萬(wàn)千瓦的汽輪發(fā)電機(jī)組，小至微電子器件的冷卻都與傳熱過(guò)程密切相關(guān)。熱傳遞過(guò)程可以分為導(dǎo)熱、對(duì)流換熱和輻射換熱等三種基本方式，它們各自有不同的傳熱規(guī)律，實(shí)際中遇到的傳熱問(wèn)題都常常是幾種傳熱方式同時(shí)起作用。實(shí)現(xiàn)熱量由冷流體傳給熱流體的設(shè)備就稱之為換熱器。它是上述工業(yè)部門廣泛應(yīng)用的一種通用設(shè)備，以電廠為例，如果把鍋爐也看作換熱設(shè)備，則再加上冷凝器，除氧器，高、低壓加熱器等換熱設(shè)備，換熱器的投資約占整個(gè)電廠投資的70%。在煉油企業(yè)中四分之一的設(shè)備投資用于各種各樣的換熱器；換熱器的重量占設(shè)備總重量的20%，在制冷設(shè)備中蒸發(fā)器、冷凝器的重量也要占整個(gè)機(jī)組重量的30%～40%。由于換熱器在工業(yè)部門中的重要性，因此從節(jié)能的角度出發(fā)，為了進(jìn)一步減小換熱器的體積，減輕重量和金屬消耗，減少換熱器消耗的功率，并使換熱器能夠在較低溫差下工作，必須用各種辦法來(lái)增強(qiáng)換熱器內(nèi)的傳熱。因此最近十幾年來(lái)，強(qiáng)化傳熱技術(shù)受到了工業(yè)界的廣泛重視，得到了十分迅速的發(fā)展，并且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。如美國(guó)通用油品公司將該公司電廠汽輪機(jī)冷凝器中采用的普通銅管用單頭螺旋槽管代替，由于螺旋槽管強(qiáng)化傳熱的效果，使冷凝器的管子長(zhǎng)度減少了44%，數(shù)目減少了15%，重量減輕了27%，總傳熱面積節(jié)約30%，投資節(jié)省了10萬(wàn)美元。又如用我們研制的橢圓矩形翅片管代替圓形翅片管制作的空冷器，其傳熱系數(shù)可以提高30%，而空氣側(cè)的流動(dòng)阻力可以降低50%。這種空冷器已在我國(guó)石化行業(yè)和火電廠得到廣泛應(yīng)用，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。1.2強(qiáng)化傳熱的途徑從傳熱學(xué)中我們知道換熱器中的傳熱量可用下式計(jì)算，即Q=KFΔT（1.1）式（1.1）中：K-傳熱系數(shù)[W/(·K)]F-傳熱面積[],ΔT-冷熱液體的平均溫差[K],從（1.1）式可以看出，欲增加傳熱量Q，可用增加k、F或ΔT來(lái)實(shí)現(xiàn)。下面我們對(duì)此分別加以討論。1.增加冷熱液體的平均溫差ΔT在換熱器中冷熱液體的流動(dòng)方式有四種，即順流、逆流、交叉流、混合流。在冷熱流體進(jìn)出口溫度相同時(shí)，逆流的平均溫差ΔT最大，順流時(shí)ΔT最小，因此為增加傳熱量應(yīng)盡可能采用逆流或接近于逆流的布置。當(dāng)然可以用增加冷熱流體進(jìn)出口溫度的差別來(lái)增加ΔT。比如某一設(shè)備采用水冷卻時(shí)傳熱量達(dá)不到要求，則可采用氟里昂來(lái)進(jìn)行冷卻，這時(shí)平均溫差ΔT就會(huì)顯著增加。但是在一般的工業(yè)設(shè)備中，冷熱流體的種類和溫度的選擇常常受到生產(chǎn)工藝過(guò)程的限制，不能隨意變動(dòng)；而且這里還存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題，如許多工業(yè)部門經(jīng)常采用飽和水蒸氣作加熱工質(zhì)，當(dāng)壓力為15.86×Pa時(shí)，相應(yīng)的飽和溫度為437K，若為了增加ΔT，采用更高溫度的飽和水蒸氣，則其飽和壓力亦相應(yīng)提高，此時(shí)飽和溫度每增高2.5K，相應(yīng)壓力就要上升Pa。壓力增加后換熱器設(shè)備的壁厚必須增加，從而使設(shè)備龐大，笨重，金屬消耗量大大增加，雖然可采用礦物油，聯(lián)苯等作為加熱工質(zhì)，但選擇的余地并不大。綜上所述，用增加平均溫差ΔT的辦法來(lái)增加傳熱只能適用于個(gè)別情況。2.擴(kuò)大換熱面積F擴(kuò)大換熱面積是常用的一種增強(qiáng)換熱量的有效方法，如采用小管徑。管徑越小，耐壓越高，而且在金屬重量相同的情況下，表面積也越大。采用各種形狀的肋片管來(lái)增加傳熱面積其效果就更佳了。這里應(yīng)特別注意的是肋片（擴(kuò)展表面）要加在換熱系數(shù)小的一側(cè)，否則會(huì)達(dá)不到增強(qiáng)傳熱的效果。一些新型的緊湊式換熱器，如板式和板翅式換熱器，同管殼式換熱器相比，在單位體積內(nèi)可布置的換熱面積多得多。如管殼式換熱器在1體積內(nèi)僅能布置換熱面積150左右。而在板式換熱器中則可達(dá)1500，板翅式換熱器中更可達(dá)5000，因此在后兩種換熱器中其傳熱量要大得多。這就是它們?cè)谥评?、石油、化工、航天等部門得以廣泛應(yīng)用的原因。當(dāng)然緊湊式的板式結(jié)構(gòu)對(duì)高溫、高壓工況就不宜應(yīng)用。對(duì)于高溫、高壓工況一般都采用簡(jiǎn)單的擴(kuò)展表面，如普通肋片管、銷釘管、鰭片管，雖然它們擴(kuò)展的程度不如板式結(jié)構(gòu)高，但效果仍然是顯著的。采用擴(kuò)展表面后，如果幾何參數(shù)選擇合適還可同時(shí)提高換熱器的傳熱系數(shù)，這樣增強(qiáng)傳熱的效果就更好了。值得注意的是，采用擴(kuò)展面常會(huì)使流動(dòng)阻力增加，金屬消耗增加，因此在應(yīng)用時(shí)應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。3.提高傳熱系數(shù)k提高傳熱系數(shù)k是強(qiáng)化傳熱的最重要的的途徑，且在換熱面積和平均溫差給定時(shí)，是增加換熱量的唯一途徑。當(dāng)管壁較薄時(shí)從傳熱學(xué)中我們知道，傳熱系數(shù)k可用下式計(jì)算：（1.2）（1.2）式中：—熱液體和管壁之間的對(duì)流換熱系數(shù)W/（㎡.℃）?！淞黧w和管壁之間的對(duì)流換熱系數(shù)W/（㎡.℃）。δ—管壁的厚度（m）。λ—管壁的導(dǎo)熱系數(shù)。W/（㎡.℃）一般講金屬壁很薄，導(dǎo)熱系數(shù)很大，δ/λ可以忽略。因此傳熱系數(shù)k可以近似寫(xiě)成：。由此可知欲增加k，就必須增加和，但當(dāng)和相差較大時(shí)，增加它們之中較小的一個(gè)最有效。要想增加對(duì)流換熱系數(shù)，就需根據(jù)對(duì)流換熱的特點(diǎn)，采用不同的強(qiáng)化方法。我國(guó)學(xué)者過(guò)增元院士在研究對(duì)流換熱強(qiáng)化時(shí)，提出了著名的場(chǎng)協(xié)同理論。該理論指出要獲得高的對(duì)流換熱系數(shù)的主要途徑有：1）提高流體速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)的均勻性；2）改變速度矢量和熱流矢量的夾角，使兩矢量的方向盡量一致；根據(jù)上述理論，目前強(qiáng)化傳熱技術(shù)有兩類：一類是耗功強(qiáng)化傳熱技術(shù)，一類是無(wú)功強(qiáng)化傳熱技術(shù)。前者需要應(yīng)用外部能量來(lái)達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的，如機(jī)械攪拌法、振動(dòng)法、靜電場(chǎng)法等。后者不需外部能量，如表面特殊處理法、粗糙表面法、強(qiáng)化元件法、添加劑法等。由于強(qiáng)化傳熱的方法很多，因此在應(yīng)用強(qiáng)化傳熱技術(shù)時(shí)，我們應(yīng)遵循以下原則：1）首先應(yīng)根據(jù)工程上的要求，確定強(qiáng)化傳熱的目的，如減小換熱器的體積和重量；提高現(xiàn)有換熱器的換熱量；減少換熱器的阻力，以降低換熱器的動(dòng)力消耗等。因?yàn)槟康牟煌?，采用的方法也不同，與此同時(shí)確定技術(shù)上的具體要求。2）根據(jù)各種強(qiáng)化方法的特點(diǎn)和上述要求，確定應(yīng)采用哪一類的強(qiáng)化手段。3）對(duì)擬采用的強(qiáng)化方法從制造工藝，安全運(yùn)行，維修方便和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行具體比較和計(jì)算，最后選定強(qiáng)化的具體技術(shù)措施。只有按上述步驟才能使強(qiáng)化傳熱達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)效益。第二章熱管空氣預(yù)熱器熱管是一種新型高效的傳熱元件，在60年代首先被用于宇航技術(shù)中，70年代國(guó)外又在電子，機(jī)械，石油，化工等方面有了廣泛的應(yīng)用。近幾年，由于能源短缺，用熱管組成的換熱器進(jìn)行熱能回收的工作得到了迅速的發(fā)展。熱管空氣預(yù)熱器是一種新型的節(jié)能設(shè)備，它利用煙氣的余熱來(lái)加熱進(jìn)爐的空氣，對(duì)于提高鍋爐的熱效率，節(jié)省燃料具有重要的作用。它與鋼管預(yù)熱器，回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器等其他類型的預(yù)熱器相比，具有體積小，質(zhì)量輕，效率高的特點(diǎn)，它的運(yùn)行成功，受到各方面的廣泛重視。2.1熱管的工作原理熱管和熱虹吸（也稱重力式熱管）在某些方面是相似的，因此在討論熱管之前，先介紹熱虹吸管的工作機(jī)理，熱虹吸管如圖2-1所示。向管內(nèi)注入少量的液體，然后抽空管內(nèi)的空氣，并將管殼密封，加熱管的下端（熱端）使液體吸熱蒸發(fā)，蒸汽流向管子的上端（冷端），并在該處放熱冷凝，冷凝液在重力的作用下回流到熱端，再吸熱蒸發(fā)。如此循環(huán)。由于汽化潛熱大，所以在極小的溫差下就能把大量熱量從管的一端傳至另一端。這種結(jié)構(gòu)具有很高的導(dǎo)熱性能，但冷凝液必須在重力的作用下才能回流到熱端，即熱端要處于最低位置。熱管在結(jié)構(gòu)上與虹吸管相似，只是熱管內(nèi)壁上裝有管芯，又稱吸液芯（如用幾層細(xì)絲網(wǎng)制成），靠毛細(xì)力把冷凝液回流到熱端，如圖2-2所示。熱管熱端的位置不受限制，因而熱管可在任何方位下使用。圖2-3為典型的熱管示意圖。它是一個(gè)封閉的管殼或殼體，形狀可以是各式各樣的，其內(nèi)表面鑲套著多孔毛細(xì)吸液芯，吸液芯浸滿了液相工質(zhì)，熱管其余空間則容納著氣相工質(zhì)。外熱源在蒸發(fā)段把熱量加進(jìn)去，使該段工質(zhì)蒸發(fā)。由此造成的壓差把蒸汽從蒸發(fā)段驅(qū)送的冷凝段，在這里蒸汽進(jìn)行凝結(jié)，并把汽化潛熱放出來(lái)。蒸發(fā)消耗液相工質(zhì)，而毛細(xì)壓力把凝結(jié)下來(lái)的液相工質(zhì)有送回到蒸發(fā)段，重新進(jìn)行蒸發(fā)。這樣熱管連續(xù)不斷的把汽化潛熱從蒸發(fā)段傳送到冷凝段，而不燒干吸液芯。只要工質(zhì)流動(dòng)通道不被堵塞，并維持足夠大的毛細(xì)壓力，這個(gè)過(guò)程就將繼續(xù)進(jìn)行下去。2.2熱管的結(jié)構(gòu)與類型2.2.1熱管的結(jié)構(gòu)典型的熱管包括殼體，工質(zhì)和吸液芯三部分，在三者之間選擇一個(gè)最適宜的組合時(shí)，必然會(huì)出現(xiàn)一些矛盾。下面討論選擇的基本原則。1、殼體殼體的作用是把工質(zhì)與外界隔開(kāi)，因此要防漏，耐壓，并能向工質(zhì)傳熱以及把工質(zhì)熱量傳出。對(duì)殼體的要求主要是：1）與工質(zhì)有良好的化學(xué)相容性，以避免產(chǎn)生不凝結(jié)氣體和腐蝕，影響熱管的性能。2）導(dǎo)熱系數(shù)高。3）承壓性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，易于機(jī)械加工。4）與工質(zhì)有良好的浸潤(rùn)性。除上述要求外，價(jià)廉也是一個(gè)很重要的條件。實(shí)用上多采用碳鋼，不銹鋼，銅鋁鎳等材料。殼體的形狀和長(zhǎng)度視需要而定。2、工質(zhì)工質(zhì)是熱管中熱能的工作物質(zhì)。它應(yīng)滿足以下要求：1) 在要求的工作范圍內(nèi)能產(chǎn)生相變，并具有適合的飽和壓力。2) 化學(xué)性能穩(wěn)定，并與殼體和吸液芯有良好的化學(xué)相容性。3) 能浸潤(rùn)殼體與吸液芯。4) 高導(dǎo)熱系數(shù)，高汽化潛熱和高密度。5) 低黏度和高表面張力。為確定一種適宜的工質(zhì)，重要的是考慮工質(zhì)運(yùn)行的溫度范圍。表3.1給出了熱管常用的工質(zhì)與使用的溫度范圍，可根據(jù)需要自行選擇。表2.1熱管的工作液與使用的溫度范圍工作液 熔點(diǎn) ） 工作溫度范圍（℃）氦氮氨氟利昂—11戊烷氟利昂—13丙酮甲醇乙醇庚烷水導(dǎo)熱姆—A汞銫鉀鈉鋰銀 -272-210-78-111-129.75-35-95-98- -177489213402212 -271—-269-203—-160-60—100-40—120-20—120-10—1000—12010—1300—1300—15030—320150—395250—650450—900500——12001000—18001800—23003、吸液芯吸液芯的作用是產(chǎn)生毛細(xì)力。吸液芯的材料可以與殼體相同，也可以不同。對(duì)吸液芯的要求是：1) 與工質(zhì)和殼體有良好的化學(xué)相容性2) 導(dǎo)熱性能好。3) 與工質(zhì)有優(yōu)良的潤(rùn)滑性。4) 易于加工與內(nèi)壁很好的吻合。基于以上這些要求，已經(jīng)研制出許多類型的吸液芯結(jié)構(gòu)。2.2.2熱管的類型熱管的種類繁多，通常按工作溫度，工質(zhì)回流方式和熱管形狀不同進(jìn)行分類。1、按工作溫度分類按工作溫度，熱管可以分為以下五類：1) 極低溫?zé)峁?，工作溫度低?200℃；2) 低溫?zé)峁?，工作溫度一般?200～50℃3) 常溫?zé)峁埽ぷ鳒囟葹?0～250℃4) 中溫?zé)峁?，工作溫度?50～600℃5) 高溫?zé)峁?，工作溫度高?00℃2、按工質(zhì)回流原理分類按工質(zhì)的回流原理分類，熱管可以分為以下幾類：（1）管內(nèi)裝有吸液芯的熱管吸液芯是具有微孔的毛細(xì)材料，如絲網(wǎng)，纖維材料，金屬燒結(jié)材料和槽道等。它既可以用于無(wú)重力場(chǎng)的空間，也可以用在地面上在地面重力場(chǎng)中它既可以水平傳熱，又可以垂直傳熱，傳熱的距離取決于毛細(xì)力的大小。（2）熱虹吸管，又稱重力吸管它是依靠自身的重力使工質(zhì)回流的。這種熱管制作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，價(jià)格便宜。但它只能在重力場(chǎng)中，且只能自下而上傳熱。（3）旋轉(zhuǎn)熱管熱管繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，熱管內(nèi)腔成錐形，加熱段設(shè)在錐形腔的大頭，冷段設(shè)在錐形腔的小頭。在冷卻段被凝結(jié)的工質(zhì)依靠離心力的分離回流到加熱段。3、工質(zhì)回流的其他方法依靠靜電體積力使工質(zhì)回流的電流體動(dòng)力熱管；依靠磁體體積力使液體回流的磁流體動(dòng)力熱管；依靠滲透膜兩邊的濃度差進(jìn)行滲透使工質(zhì)回流的滲透熱管等。4、按熱管的形狀分類按熱管的形狀可以分為管形，板形，室形，L形，可彎曲形等。2.2.3熱管材料的組合化學(xué)相容性設(shè)計(jì)熱管時(shí)，除根據(jù)熱管的工作溫度范圍，選擇殼體，吸液芯和工質(zhì)的合理組合外，還必須考慮熱管材料與工質(zhì)的化學(xué)相容性問(wèn)題。若工質(zhì)與熱管材料組合化學(xué)不相容，會(huì)引起一下不良后果：1．發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，生成固體沉淀物，這將導(dǎo)致吸液芯堵塞或產(chǎn)生局部過(guò)熱點(diǎn)；2．產(chǎn)生不凝結(jié)氣體，使熱管性能急劇惡化。各種溫度范圍內(nèi)，工質(zhì)與不同材料組合的化學(xué)相容性的詳細(xì)情況可參考有關(guān)文獻(xiàn)。2.3熱管的特性1、極好的導(dǎo)熱性熱管利用了兩個(gè)換熱能力極強(qiáng)的相變傳熱過(guò)程（蒸發(fā)和凝結(jié)）和一個(gè)阻力極小的流動(dòng)過(guò)程，而具有極好的導(dǎo)熱性能。這是由于相變傳熱只需要極小的溫差，同時(shí)傳遞的是潛熱。一般潛熱傳遞的熱量比顯熱傳遞的熱量大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，因此在極小的溫差下熱管可以傳輸極大的熱量。（如圖2.4）熱管傳熱的另一個(gè)特點(diǎn)是它對(duì)管長(zhǎng)的敏感性極小。對(duì)于實(shí)心金屬棒，其軸向?qū)釤嶙瓒鵁峁艿目們?nèi)熱阻隨長(zhǎng)度L的增加不會(huì)有很大的改變，在上圖中，用近似并行于L軸的虛線2表示。該兩直線的交點(diǎn)決定了熱管的最小長(zhǎng)度，稱為熱管的最低限度長(zhǎng)度。當(dāng)L<時(shí)，金屬棒的熱阻小于熱管的熱阻，采用熱管是不合適的。但當(dāng)L>L時(shí)，熱管的熱阻就小于金屬棒的熱阻，且L越大，采用熱管就越有利。這是應(yīng)用熱管時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題。2、良好的均溫性熱管內(nèi)的蒸汽處于汽液兩相共存狀態(tài)，是飽和蒸汽。此飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向凝結(jié)段所產(chǎn)生的壓降甚微，所以沿蒸汽流動(dòng)的方向的溫降也小，這就使熱管具有良好的均溫性。對(duì)于直徑為25×2mm，長(zhǎng)度為1-2m的銅水熱管，當(dāng)傳輸功率為1-2kw時(shí)實(shí)測(cè)蒸發(fā)，凝結(jié)兩段蒸汽空間的溫度差僅為1-2℃。因此以均溫為目的的熱管，其傳輸功率應(yīng)盡可能的減小，以使壓降和溫降趨于0。熱管的均溫性已在均溫爐和宇航飛行器中得到了應(yīng)用，另外也可以通過(guò)熱管來(lái)均衡如機(jī)床的溫度場(chǎng)，減少機(jī)床的熱變形，提高機(jī)床的加工精度等。3、熱流方向可逆熱管的蒸發(fā)段和凝結(jié)段內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無(wú)不同，因此一根有芯熱管水平放置或處于失重狀態(tài)時(shí)，任何一端受熱，則該段稱為加熱段，另一端向外散熱就成為冷卻段。若要改變熱流方向，無(wú)須變更熱管的位置。熱管的這種熱流方向的可逆性為某些特殊場(chǎng)合的應(yīng)用提供了方便。如用于室內(nèi)的空調(diào)。在冬天換氣時(shí)熱管式空調(diào)器利用排出室外的熱空氣加熱從室外吸入的新鮮冷空氣；由于熱管傳熱方向的可逆性，夏天吸入的新鮮空氣又被排往室外的冷空氣冷卻。同一設(shè)備兩種用途，自動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的變化。4、熱流密度可變?cè)跓峁芊€(wěn)定工作時(shí)，由于熱管本身不發(fā)熱，不蓄熱，不耗熱，所以加熱段吸收的熱量應(yīng)等于冷卻段放出的熱量若加熱段的換熱面積為，冷卻段的換熱面積為，則它們的熱流密度分別為則由此可知只要改變換熱面積F即可改變熱管加熱段和冷卻段的熱流密度。利用熱管的上述性質(zhì)，加大熱管的換熱面積可以把分散的熱流密度收集起來(lái)變?yōu)楦邿崃髅芏裙┯脩羰褂谩峁芴?yáng)能集熱器就是應(yīng)用這一原理制成的。5、適應(yīng)性較強(qiáng)與其他換熱元件相比，熱管有較強(qiáng)的適應(yīng)性。（一）熱源不受限制高溫?zé)煔?，燃燒火焰，電能太?yáng)能都能作為熱源。（二）熱管的形狀不受限制形狀可以隨熱源，冷源的條件及應(yīng)用條件的需要而改變。出圓管外，還可以制成針狀，板狀等。電機(jī)轉(zhuǎn)軸，手術(shù)刀，鉆頭本身就可以制成熱管。（三）適用的溫度范圍廣只要材料和工質(zhì)選擇適當(dāng)，可用于-200～2000℃較大幅度的范圍。（四）適用多種場(chǎng)合既可以用于地面（有重力場(chǎng)），又可以用于空間，即便在失重狀態(tài)下，吸液芯的毛細(xì)力作用仍可使工質(zhì)回流，正常工作。（五）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單熱管無(wú)須外加輔助設(shè)備，無(wú)運(yùn)動(dòng)部件和噪聲，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，質(zhì)量輕。2.4熱管的傳熱極限熱管雖然是一種較好的傳熱元件，但其傳熱能力還受到其內(nèi)部物理過(guò)程的限制，即熱管的傳熱量有個(gè)限度。對(duì)于典型的有芯熱管，其傳熱能力將受到以下四種限制：1．毛細(xì)極限熱管正常工作時(shí)，吸液芯產(chǎn)生的毛細(xì)力一定要能夠克服蒸汽的流動(dòng)阻力和凝結(jié)液的回流阻力（若有重力的作用，還要考慮重力引起的阻力）。如果熱管內(nèi)蒸汽和凝結(jié)液的流動(dòng)阻力超過(guò)毛細(xì)結(jié)構(gòu)所能提供的最大毛細(xì)力時(shí)，凝結(jié)液的回流量將小于蒸發(fā)量，蒸發(fā)段的吸液芯將被燒干，熱管的正常工作遭受破壞。由吸液芯提供的最大毛細(xì)力所能達(dá)到的傳熱量就稱為毛細(xì)極限。2．聲速極限熱管正常工作且蒸汽流速較慢時(shí)，蒸汽的流動(dòng)可以當(dāng)作不可壓縮流體處理。隨著傳熱量的增大，蒸發(fā)段和凝結(jié)段的蒸汽壓差也增大，蒸汽流速也增大。雖然熱管一般是等截面的，但由于沿蒸發(fā)段長(zhǎng)度蒸汽量不斷增加，蒸汽速度在蒸發(fā)段的出口截面上最大可達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀?。再增大傳熱量，蒸汽將發(fā)生類似于拉伐爾噴嘴的阻塞流動(dòng)，熱管的正常工作將被破壞。因此蒸發(fā)段出口截面的蒸汽速度達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀贂r(shí)所對(duì)應(yīng)的傳熱量稱為聲速極限。3．?dāng)y帶極限熱管內(nèi)蒸汽和凝結(jié)液是反向流動(dòng)的，蒸汽的流動(dòng)慣性力會(huì)在汽，液界面上對(duì)凝結(jié)液產(chǎn)生剪切作用，而凝結(jié)液依靠毛細(xì)力的作用抵抗蒸汽流動(dòng)的剪切力來(lái)維持流動(dòng)。這種反向流動(dòng)的相互作用，在液體表面上引起細(xì)波。隨著兩種流體的相對(duì)速度的增大，在液體表面上細(xì)波的波幅亦逐漸增大，以至在波峰上可能產(chǎn)生液滴，蒸汽攝取液滴并將其攜帶到凝結(jié)段，這就是熱管內(nèi)產(chǎn)生的攜帶現(xiàn)象。將液滴從液體表面上拉下并使這些液滴加速，需要消耗能量，從而增加了凝結(jié)液和蒸汽的壓力損失。同時(shí)攜帶的液滴并不參與相變，即不參加傳熱過(guò)程，因此這中攜帶將使傳熱量下降。當(dāng)攜帶達(dá)到一定程度時(shí)，蒸發(fā)段的毛細(xì)吸液芯將干涸，這時(shí)的傳熱量就是熱管的攜帶極限。4．沸騰極限當(dāng)加熱段的徑向熱流增加時(shí)，吸液芯內(nèi)的工質(zhì)沸騰產(chǎn)生的氣泡會(huì)堵塞毛細(xì)孔并阻礙凝結(jié)回流，從而使蒸發(fā)段得不到充分冷卻而導(dǎo)致壁溫升高，乃至發(fā)生燒毀現(xiàn)象。吸液芯中沸騰產(chǎn)生的氣泡能順利排出時(shí)的最大徑向熱流就是沸騰極限。2.5熱管空氣預(yù)熱器由若干根熱管組裝起來(lái)，就成了熱管換熱器如圖2.5。因?yàn)闊峁芸梢越醯葴毓ぷ鳎ㄒ簿褪菧亟岛苄。?。故熱管換熱器的效率可以很高。在動(dòng)力工程和余熱回收中應(yīng)用最廣的熱管換熱器是熱管空氣預(yù)熱器，熱管省煤器，熱管蒸發(fā)器。熱管空氣預(yù)熱器是常見(jiàn)的氣-氣式換熱器，如圖所示，它利用工業(yè)爐窯或鍋爐排煙余熱預(yù)熱進(jìn)入爐子的助燃空氣，不僅提高了爐子的熱效率而且還減輕了對(duì)環(huán)境的污染。由于氣-氣式換熱器兩側(cè)的放熱系數(shù)都很小，為了強(qiáng)化傳熱，通常兩側(cè)都加裝肋片。典型的空氣預(yù)熱器，其形狀一般為長(zhǎng)方體，主要部件為管束，外殼和隔板。熱管的蒸發(fā)段和冷凝段被隔板隔開(kāi)。隔板，外殼和熱管管束組成了冷，熱流體的流道。隔板對(duì)熱管管束起部分支撐作用，其主要作用是密封流道，以防止兩種流體相互滲透。熱管的熱化系數(shù)一般為5-30。為防止煙氣積塵堵塞，煙氣側(cè)肋片間距較大；在空氣側(cè)，氣流較清潔，為獲得較高的肋化系數(shù)，肋片間距可取小點(diǎn)。熱管管束一般為錯(cuò)列布置，如圖2.6所示。這樣可以使放熱系數(shù)提高。熱管管束安裝位置有水平，傾斜和垂直三種。重力熱管問(wèn)世以后，已廣泛用于空氣預(yù)熱器，但熱管必須傾斜或垂直布置，且下部只能為加熱段。熱管空氣預(yù)熱器與一般空氣預(yù)熱器相比，因?yàn)闅怏w兩側(cè)都可以方便地實(shí)現(xiàn)肋化，因此大大強(qiáng)化了傳熱過(guò)程。其次可將傳統(tǒng)的煙氣-空氣的交叉流型改為純逆流型，提高了傳熱的對(duì)數(shù)平均溫壓。另外還可以把一側(cè)氣體的管內(nèi)流動(dòng)改為外掠繞流，約可使該側(cè)的平均放熱系數(shù)提高30%。基于以上幾個(gè)原因，熱管空氣預(yù)熱器的傳熱系數(shù)比普通管殼式空氣預(yù)熱器高的多。熱管熱水預(yù)熱器（即省煤器），是一種常見(jiàn)的氣-液式換熱器。他通常利用排煙的余熱來(lái)加熱給水。由于給水側(cè)的熱阻比煙氣側(cè)低得多，因而熱管熱水預(yù)熱器的給水側(cè)一般不予肋化。圖2.6肋片管束的排列第三章熱管熱交換器的設(shè)計(jì)和計(jì)算方法3.1熱管熱交換器的傳熱計(jì)算1、傳熱計(jì)算的基本方程熱管熱交換器的傳熱計(jì)算基本方程式仍為傳熱方程式，傳熱計(jì)算中所采用的傳熱面積F可以是光管外表面積或熱管加熱段管外總面積或加熱段光管外表面積，因而就有相應(yīng)的傳熱系數(shù)。常用的以加熱段光管為基準(zhǔn)者居多。平均溫差，應(yīng)根據(jù)冷流體的流向以及它們各自是否有橫向的混合，通過(guò)計(jì)算或有關(guān)圖表中查得。傳熱量Q應(yīng)取為熱流體放熱量與冷流體吸熱量之算術(shù)平均值，即Q=（3.1）2、熱管元件各傳熱環(huán)節(jié)熱阻典型的吸液芯熱管的傳熱過(guò)程可以分解成以下各種傳熱環(huán)節(jié)，并構(gòu)成總的熱阻。（1）環(huán)境熱源與熱管加熱段外壁間的換熱，熱阻為，熱阻之值隨換熱條件的不同而異，因而應(yīng)分清對(duì)流換熱，輻射換熱還是復(fù)合換熱，是受迫對(duì)流還是自然對(duì)流，熱管外壁是帶肋還是光管，熱管外壁與熱源的固體壁面有無(wú)直接接觸等有關(guān)問(wèn)題，采用相應(yīng)的計(jì)算公式。①對(duì)流換熱時(shí)如果熱源與外壁間換熱為受迫對(duì)流或自然對(duì)流換熱，則℃/W（3.2）此時(shí)，如果熱管外壁帶肋，則，℃/W（3.3）以上兩式中——熱源與加熱段外壁間對(duì)流換熱系數(shù)，W/（㎡.℃）；——加熱段（即蒸發(fā)段）總外表面積，㎡；——加熱段光管外直徑，m；——加熱段肋化比；——加熱段肋壁的總效率。②輻射換熱時(shí)如果熱管的加熱段（或冷卻段）處于真空條件下的高溫（或低溫）殼體內(nèi)，則熱管與殼體間的換熱為單一的輻射換熱。它們的輻射換熱量為：Q=5.67，W（3.4）輻射熱阻為=，℃/W（3.5）式中，——分別為熱源及熱管加熱段外壁，K；當(dāng)為冷卻段外壁溫度時(shí)，上兩式中，應(yīng)互換位置；——相當(dāng)于發(fā)射率=（3.6），——分別為熱源殼體及熱管加熱段（或冷卻段）換熱面積，㎡； ——分別為熱源殼體內(nèi)壁及熱管加熱段（或冷卻段）外壁黑度。③復(fù)合換熱時(shí)熱管外壁與外界的換熱常常可能是兩種或兩種以上傳熱方式同時(shí)存在的復(fù)合換熱，則可按傳熱學(xué)基本方法求取。（2）熱管加熱段管壁的導(dǎo)熱，熱阻為一般可按圓筒壁導(dǎo)熱熱阻式計(jì)算，即=（3.7）式中——加熱段管壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.℃）；，——分別為加熱段管壁內(nèi)、外徑，㎜。（3）熱管蒸發(fā)段吸液芯—液體組合層的傳熱，熱阻為蒸發(fā)段吸液芯—液體組合層的傳熱較為復(fù)雜。對(duì)于在低熱流下的水及有機(jī)液體，以及液態(tài)金屬工質(zhì)，可認(rèn)為依靠導(dǎo)熱方式來(lái)傳遞。此時(shí)，熱阻為=，℃/W（3.8）式中——蒸發(fā)段管壁厚，㎜——蒸發(fā)段管芯層厚，㎜——吸液芯—液體組合層的當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.℃）。因?yàn)檫@是通過(guò)固體的吸液芯和液體工質(zhì)的復(fù)雜導(dǎo)熱過(guò)程，其值隨吸液芯的形式不同而異。（4）蒸發(fā)段液—汽界面的相變換熱，熱阻為=，℃/W（3.9）式中——與相平衡的蒸汽飽和壓力，Pa;——蒸發(fā)段液—汽界面處蒸汽溫度，K；——工質(zhì)的汽化潛熱，J/（kg.K）;R——工質(zhì)的氣體常數(shù)，J/（kg.K）;——蒸汽腔直徑，m。（5）從蒸發(fā)段到凝結(jié)段蒸汽流動(dòng)傳熱，熱阻為由于蒸發(fā)段到凝結(jié)段之間存在汽相壓差，根據(jù)飽和蒸汽壓力與溫度間對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因而兩段間存在相應(yīng)的溫度差從而可導(dǎo)得蒸汽流動(dòng)熱阻為=，℃/W（3.10）式中——熱管的平均工作溫度K——與相應(yīng)的蒸汽飽和壓力，Pa;Q——傳熱量，W。（6）凝結(jié)段汽—液界面蒸汽的相變換熱，熱阻為，℃/W （3.11）式中——凝結(jié)段汽—液界面處蒸汽溫度，K；——與相平衡的蒸汽飽和壓力，Pa。（7）凝結(jié)段吸液芯—液體組合層的傳熱，熱阻為與情況相似，在認(rèn)為依靠導(dǎo)熱來(lái)傳熱時(shí)，為=，℃/W（3.12）式中——凝結(jié)段管壁厚，㎜；——凝結(jié)段管芯層厚，㎜；——凝結(jié)段管壁的外徑，㎜。（8）凝結(jié)段管壁的導(dǎo)熱，熱阻為類似與，它的計(jì)算式為=（3.13）式中——凝結(jié)段管壁的導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.℃）;,——分別為凝結(jié)段管壁的內(nèi)、外徑，㎜。（9）冷卻段外壁與環(huán)境冷源間的換熱，熱阻為的計(jì)算與相同。在對(duì)流換熱帶肋時(shí)，為，℃/W（3.14）式中——冷源與冷卻段（冷凝段）外壁間的對(duì)流換熱系數(shù)，W/（m.℃）;——冷卻段光管外直徑，m； ——冷卻段肋化比；——冷卻段肋壁總效率。輻射換熱時(shí)，只要把其中的有關(guān)參數(shù)改為在冷卻段條件下即可。（10）從加熱段至冷卻段管壁的軸向?qū)幔瑹嶙铻橐蚣訜岫魏屠鋮s段管壁間存在溫差，必有部分熱量沿絕熱段管壁傳遞。若絕熱段絕熱良好，此沿管壁的軸向?qū)峥砂匆痪S計(jì)算。，℃/W（3.15）式中——管壁材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m.℃）；對(duì)于薄壁長(zhǎng)型熱管，這一熱阻較大，軸向?qū)崃亢苄?，故可忽略。?1）通過(guò)吸液芯軸向?qū)幔瑹嶙铻橛捎谖盒镜妮S向熱流通道比管壁更小，熱阻更大，故導(dǎo)熱量也可忽略。將以上各項(xiàng)熱阻描繪成一條傳熱電路時(shí)，則如圖所示是一條串并聯(lián)線路。由于為軸向?qū)釤嶙?，故為并?lián)。這兩部分一般很小故忽略這兩部分導(dǎo)熱量時(shí)熱管的傳熱總熱阻為3、對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算流體橫掠管束時(shí)的平均對(duì)流換熱系數(shù)，將與熱管元件的外部形狀，管束排列方式及管間距密切相關(guān)。當(dāng)流體橫掠光管管束時(shí)，可用下表所列的準(zhǔn)則方程式計(jì)算。符號(hào)：——管道長(zhǎng)度，m;——流體平均溫度，℃——流體平均絕對(duì)溫度，K——壁面絕對(duì)溫度，K；——流體動(dòng)力粘度，N·S/㎡以流體平均溫度為定性溫度——以壁溫為定性溫度的流體動(dòng)力粘度，N·S/㎡序號(hào) 狀態(tài) 準(zhǔn)則方程 定型尺寸 適用范圍1 圓管層流 內(nèi)徑 2 湍流 式中流體被加熱時(shí)，n=0.4流體被冷卻時(shí)，n=0.3 當(dāng)量直徑 ,光滑管道不大3 光滑管道4 過(guò)度區(qū) 氣體21005 液體6 當(dāng)流體橫掠翅片管束時(shí)，對(duì)于橫掠圓芯管外環(huán)形管束可按下式計(jì)算（3.16）式中——分別為翅片外徑和翅根直徑；Y，H，——分別為翅片的間距，高度，厚度，m——按流體的平均溫度取值；——最小流通截面處的質(zhì)量流速，㎏/（㎡·h）對(duì)于橫掠圓芯管外矩形翅片管束，可用下式計(jì)算（3.17）4、傳熱系數(shù)的計(jì)算由于采用的基準(zhǔn)面積不同，所得傳熱系數(shù)值差異很大。常以加熱段光管外表面積為基準(zhǔn)傳熱系數(shù)較多，可按下式計(jì)算：，㎡·℃/W（3.18）式中相當(dāng)于，㎡·℃/W，其中，為蒸發(fā)段換熱面的清潔度用以考慮因表面結(jié)垢而造成的熱阻增加，對(duì)于灰分不多的煙氣，取=0.5-0.65。相當(dāng)于，㎡·℃/W。，相當(dāng)于及，㎡·℃/W。因?yàn)閷?shí)際測(cè)量中，常常是測(cè)量換熱系數(shù)，而不是單獨(dú)的去測(cè)定及或及。相當(dāng)于，㎡·℃/W相當(dāng)于，㎡·℃/W其中為凝結(jié)段換熱面的清潔度。由于蒸汽流動(dòng)的傳熱熱阻與其他各項(xiàng)熱阻相比，一般相當(dāng)小，故在式中未包含此項(xiàng)熱阻。3.2熱管換熱器的流動(dòng)阻力計(jì)算熱管換熱器的流動(dòng)阻力計(jì)算是指熱管外的流體通過(guò)熱管管束時(shí)的流動(dòng)阻力計(jì)算。正如其他的熱交換器設(shè)計(jì)一樣，這也是檢驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理的標(biāo)準(zhǔn)之一，同時(shí)可用它來(lái)計(jì)算所需流體機(jī)械的功率與容量。顯然，流動(dòng)阻力的大小與流體流速關(guān)系最為密切，還與熱管元件外形，管束排列及間距大小有關(guān)。1）流體橫掠光滑管束，N/㎡（3.19）式中——最小流通截面處質(zhì)量流速，㎏/（㎡·s）;——流動(dòng)方向的管排數(shù)；——修正系數(shù)——流體密度。2）流體橫掠錯(cuò)排翅片管束（1）流體橫掠錯(cuò)排圓芯管——環(huán)形翅片管束有K·K·Robinson和D·E·Briggs提出下列公式：，N/㎡（3.20）摩擦系數(shù)（3.21）式中——管束三角形排列的三角形斜邊長(zhǎng),m;——翅根直徑，m。該式使用條件是：Re=2000-5000;=1.8-4.6;及=42.85-114.3㎜；管子外徑=18.6-41.0㎜；翅片管直徑=40-65㎜翅片間距s=3.11-4.03片/厘米。（2）流體橫掠錯(cuò)排圓芯管——矩形翅片管束，N/㎡（3.22）式中摩擦系數(shù)。3.3熱管熱交換器的熱管工作安全性校驗(yàn)為了保證熱管工作安全可靠，在熱管熱交換器中，應(yīng)作以下工作安全性校驗(yàn)；1） 熱管工作溫度核算這里要核算熱管平均工作溫度、熱管可能達(dá)到的最高工作溫度和熱管可能達(dá)到的最低工作溫度。由前述熱阻分析可得，熱管元件蒸發(fā)段總熱阻為，℃/W（3.23）凝結(jié)段總熱阻為，℃/W（3.24）則總熱阻為，℃/W（3.25）設(shè)分別為熱、冷流體進(jìn)出該排熱管束的平均溫度，℃；為熱管平均工作溫度，℃。則由熱平衡可得單支熱管的傳熱量為，W/支（3.26）從而得熱管平均工作溫度為，℃（3.27）由此求得熱管工作溫度應(yīng)處于流體的液、固凝結(jié)點(diǎn)和液汽臨界點(diǎn)之間。不過(guò)分的接近那一點(diǎn)，以保證熱管工作循環(huán)正常進(jìn)行。更為重要的是，熱管工作溫度下的飽和壓力（即工作壓力）必須小于管材的許用壓力。實(shí)用上常常用不同材料組合的熱管的本身許用溫度來(lái)限制其工作溫度，即可能達(dá)到的最高工作溫度最高許用溫度；可能達(dá)到的最低工作溫度最低許用溫度，如對(duì)鋼銅復(fù)合管—水熱管，；銅—水熱管，；碳鋼—水熱管，。及可按下兩式計(jì)算：，℃（3.28），℃（3.29）式中——分別為熱流體的進(jìn)、出口溫度，℃；——分別為首排熱管及末排熱管的單管傳熱量，W。顯然，熱管只能工作在的溫度范圍內(nèi)。2）單管熱負(fù)荷的計(jì)算單根熱管的最大傳熱量必須小于熱管的工作極限。對(duì)于吸液芯熱管，毛細(xì)極限是主要的性能限制，應(yīng)使 （毛細(xì)極限時(shí)）對(duì)于熱虹吸管（重力熱管），攜帶極限為主要性能限制，應(yīng)使（攜帶極限時(shí)）可按下式計(jì)算：（3.30）式中熱、冷流體的最大端部溫差，℃。垂直兩相閉式熱虹吸管達(dá)攜帶極限時(shí)的最大熱流量可用下式計(jì)算：，W（3.31）式中——邦德數(shù)Bo的函數(shù)，Bo——稱為邦德數(shù)，為無(wú)因次管徑，其值為Bo（3.32）（3.33）——分別為液、汽密度，；——表面張力，對(duì)于斜置的兩相閉式熱虹吸管，則，W（3.34）3）壁溫計(jì)算熱管加熱段的最低壁溫至少應(yīng)大于管外氣流的水蒸氣露點(diǎn)，即，以避免積灰、結(jié)垢及嚴(yán)重的低溫腐蝕。可按下式計(jì)算：（3.35）設(shè)計(jì)計(jì)算中，以上三項(xiàng)如不能滿足，則應(yīng)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，重新設(shè)計(jì)。第四章熱管空氣預(yù)熱器的熱力設(shè)計(jì)4.1設(shè)計(jì)原則熱管空氣預(yù)熱器的熱力設(shè)計(jì)可按常規(guī)的間壁式熱交換器的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行計(jì)算。要注意的是，熱管空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)是在給定的熱管元件基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此在設(shè)計(jì)之前必須選定熱管元件。選擇熱管元件時(shí)，主要根據(jù)已知的流體工作溫度估計(jì)熱管的工作溫度，使設(shè)計(jì)后的熱管工作溫度在安全數(shù)值范圍內(nèi)。對(duì)于熱管形式，應(yīng)考慮使用場(chǎng)合的不同選擇合適的形式。如用于余熱回收時(shí)，可多考慮應(yīng)用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良、工作可靠的兩相閉式熱虹吸管。4.2設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象：400t/h鍋爐的空氣預(yù)熱器1） 排氣流量：2） 排氣進(jìn)口溫度：3） 空氣流量：4） 空氣進(jìn)口溫度：4.3結(jié)構(gòu)計(jì)算4.3.1熱管元件的基本選擇（1）熱管形式：碳鋼—水熱虹吸管，加緩蝕劑。（2）熱管的幾何尺寸（根據(jù)目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)情況選用）基管外直徑㎜;壁厚㎜；翅片形式：環(huán)型平翅片；翅片外徑㎜；翅片高度H=12.5㎜；翅片厚度㎜；翅片間距Y=6㎜。翅片管為20號(hào)無(wú)縫鋼管繞制高頻焊翅片，翅片材料為10號(hào)鋼。熱冷流體側(cè)的翅片幾何結(jié)構(gòu)相同。4.3.2換熱器基本結(jié)構(gòu)（1）管束的排列方式選用正三角形錯(cuò)排方式布管：橫向節(jié)距㎜；縱向節(jié)距56.3㎜（對(duì)于錯(cuò)排管束，3排留一吹灰通道）。（2）迎風(fēng)面積及熱管長(zhǎng)度選擇排氣側(cè)迎風(fēng)速度選擇空氣側(cè)迎風(fēng)速度排氣側(cè)迎風(fēng)面積㎡空氣側(cè)迎風(fēng)面積=73.04㎡為便于與外部煙風(fēng)管道連接并保證氣流的均流性，希望每側(cè)迎風(fēng)截面大體上構(gòu)成正方形或接近正方形。取換熱器寬度為B=8m則排氣側(cè)高空氣側(cè)高中間隔板厚預(yù)留安裝段（上下各預(yù)留）熱管元件總長(zhǎng)度（3）第一排熱管數(shù)支（4）元件加熱段外光管面積3）熱管元件的翅化比及換熱器氣流的阻斷系數(shù)翅化比：由熱管和管上翅片遮蓋的通風(fēng)面積占迎風(fēng)面積的比例可用氣流阻斷系數(shù)來(lái)表示：64.4傳熱計(jì)算4.4.1管束的換熱計(jì)算（1）排氣側(cè)熱物性參數(shù)及放熱量選取換熱器出口的排氣溫度（考慮了當(dāng)爐子在低負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，排氣溫度降低引起向下波動(dòng)應(yīng)