192空调用热管换热器的设计计算全文
空调用热管换热器的设计计算
西安工程大学 王晓杰 黄翔 武俊梅 郑久军
摘 要： 热管技术以其独特的技术在很多领域得到了广泛的应用，在空调领域热管技术也逐渐受到重视，除了理论研究热管技术在空调领域的应用外，设计出合适的换热设备对热管在空调领域的应用也及其重要。热管换热器的计算内容主要有热力计算和校核计算。其中热力设计计算大致可分为常规计算法，离散计算法和定壁温计算法。空调用热管换热器一般为气－气型换热器，文章主要针对气－气型热管换热器的常规计算法进行介绍，并给出了一个具体实例的计算结果，以进一步促进热管换热器在制冷空调领域的应用研究。
关键词： 热管 空调 热力计算
1 引言[1][2][4]
热管换热技术因其卓越的换热能力及其它换热设备所不具有的独特换热技术在航空，化工，石油，建材，轻纺，冶金，动力工程，电子电器工程，太阳能等领域已有很广泛的应用，制冷空调领域冷冷热流体温差小，因此热管技术也逐渐受到重视。根据实际需要设计出合理的热管换热器对于空调领域来说也极为重要。
同常规换热器计算一样，热管换热器的计算内容主要有两部分：热管换热器的热力计算和校核计算。在这里主要对热管换热器的热力计算做个介绍。热管换热器的热力设计计算目前大致可分为三类：常规计算法，离散计算法，定壁温计算法。常规计算法将整个热管换热器看成一块热阻很小的间壁，然后采用常规间壁式换热器的设计方法进行计算。离散计算法认为热量从热流体到冷流体的传递不是通过壁面连续进行的，而是通过若干热管进行传递，呈阶梯式变化，不是连续的。定壁温计算法是针对热管换热器在运行中易产生露点腐蚀和积灰而提出的，计算时将热管换热器的每排热管的壁温都控制在烟气露点温度之上。从而避免露点腐蚀及因结露而形成的灰堵。
空调系统要处理的对象一般为室外新风或是室内排风，都属于气态介质，因此空调用热管换热设备为气－气热管换热器。本文将对空调用气－气热管换热器的常规计算法的热力计算做个简要介绍，文中的一次空气是待处理室外新风，二次空气可以是室内排风或室外新风。
2 热管换热器的设计计算[3][4]
2.1已知设计参数
一次空气质量流量M h , 进出口温度T 1,T 1’，二次空气质量流量M c , 进出口温度T 2,T 2’。一般六个已知量中，只要给定5个即可，另一个参数可由热平衡方程算出，如需要，还需给出一、二次空气的允许压降，二次空气出口温度未知时的计算过程为：
①一次空气定性温度T h
=2
'
11T T + (1)
查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度h p C 导热系数h λ粘度h μ 普兰德数h
r P
②一次空气放出热量)('
11T T C M Q h
p h
h
-= (2)
③二次空气吸收热量h c Q Q )1(η-= (3)
其中η为热损失率
④由一次空气温降可假设二次空气出口温度'2T
⑤二次空气定性温度T c
=2
'
22T T + (4)
查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度c
p C 导热系数c
λ，粘度c μ 普兰德数c r P
⑥校核二次空气出口温度c
p
c c C M Q T T +=2'2
(5) 2.2 基本选择 2.2.1工质选择
热管工质的选择主要取决于热管的工作温度，热管工作温度n
nT T T V ++=12
1 (6)
n 的取值见表1
表1 n 的取值
气-气型热管换热 当两侧流体和管长接近时 n=1 气-液型热管换热 当液体为水时
n=3-4
当液体为有机液体时 n=2-3 气-汽型热管换热 当相变流体为水时 n=4-5
当相变流体为有机物时
n=3-4
所选工质的主要要求为：
①应适应热管的工作温度，并有适当的饱和蒸汽压 ②与壳体，吸液芯材料应相容，且具有良好的热稳定性 ③应具有良好的综合热物理性质
④其它（包括经济性，毒性，环境污染等）
空调用热管多采用氨作为工质。 2.2.2 壳体管材选择
壳体的作用是把工质与外界隔开，因此要防漏、耐压，并能向工质传热以及把工质的热量传出，且价廉易得。对壳体的要求主要为：
①与工质有良好的化学相容性，以免产生不凝结气体和腐蚀，影响热管的船传热 ②导热系数高
③承压性能好，机械强度高，易于机械加工 ④与工质有良好的浸润性
空调用低温热管换热器的管材多采用铜、铝做原料。 2.2.3 放置形式和吸液芯的选择
根据需要选用分离式，重力式和水平时，水平式需要吸液芯，吸液芯的作用是产生毛细力，对吸液芯的主要要求为：
①与工质和壳体有良好的化学相容性 ②导热性能好
③与工质有优良的浸润性
④易于加工，与内壁能很好的吻合
吸液芯类型多采用的材料为不锈钢、铜、铝、镍等。 2.2.4 管外扩展表面的选择
根据要求选择合适的翅片结构，具体参数见表2（单位mm ）。
表2 管外扩展表面参数
光 管 内 径 d i 光管外 径d r 翅片外 径d f 翅片厚度δ 翅片间 距 t 翅片高
度H
2.3 结构设计
①热管迎面空气质量流速G 的确定
G h ，G c 的范围可在2.4-3.6kg/m 2s,对于气-气型换热器，一次空气和二次空气两端质量流速应满足
c h G G =538
.1)(c
h M M (7)
在任何一侧流体的G 值确定后，可由上式确定出另一侧流体的G 值。
②迎风面积A h
=h h G
M (8) A c =c c
G M (9)
③热管长度
根据用户需求可先确定出热管一端的长度，再根据经济长度比确定另一端热管长度。
L 经=c h L
L =538
.0)( c h M M (10)
④迎风面高度E E h
=h h L
A (11) E c =c c
L A (12)
⑤迎风面管子根数B= T
h
S E (13)
实际迎风面高度E ’=BS T (14) 实际迎风面积 A h ’=E ’L h (15) A c =E ’L c (16)
实际迎风质量流速G h ’
='h h A
M (17) G c ’='c c
A M (18)
2.4 传热系数的计算
① 最小流通面积NFA h =[(S T -d 0)-2(H ×δ×n f )]L h ×B (19)
NFA c =[(S T -d 0)-2(H ×δ×n f )]L c ×B (20)
②流体最大质量流速G max
G max h
=h h NFA M (20) G max c
=c
c NFA
M (21) ③以翅片管外表面积计的一、二次空气两侧换热系数计算
对叉排环形翅片管且气流垂直绕流翅片管的换热器的换热器管束外的对流换热系数推荐按下式计算（标准误差在5%左右） 对低翅片管束
r
f d d =1.2—1.7 d r =13.5——16mm
α’
=075
.0164.03
1
667
.0max
)
()(
)()
)(
(
1057.0δ
μ
λ
t H t P G d d r r r
(22) 对于高翅片管束
r
f d d =1.7—2.4 d r =12——41mm
α’
=296
.03
1718
.0max
)(
)()
)(
(
1378.0H
t P G d d r r r
μ
λ
(23) ④翅化后以光管为基准的换热系数α与以翅片管外表面积为基准的换热系数α’
之间的关系为α=α’
βη (24) 其中β为翅化比，定义为翅化后热管的外表面积与光管外表面积之比
A A A f
b +=
β (25)
其中： A b ———翅片间光管面积
A f ——翅片的外表面积 A 0———翅化端光管外表面积
η为翅片效率
法一 直接计算得出
f
f w T T T T --=
0η (26)
T w ——翅片表面温度平均值 T f ——流体温度
T 0——翅片根部温度
法二 查表法[5]
求出
r
f d d ，
H c
w ?δλα
2值 查传热学中相应的表即可得出
w λ——翅片材料导热系数 c δ——翅片平均厚度
⑤总传热系数计算（以光管外表面积为基准）
热管的传热热阻主要包括外部热阻和内部热阻[6]。外部热阻：一、二次空气与热管两端管外表面的传热热阻；内部热阻：热管两端管壁径向导热热阻，热管两端吸液芯径向、轴向导热热阻，管壁轴向导热热阻，与工质移动有关的蒸汽轴向流动热阻、蒸发段和冷凝段汽液交界面热阻，污垢热阻。其中与工质移动有关的蒸汽在管内传递和流动热阻相对较小，可忽略不计。热管的等温性能好，它的一个突出优点就是具有很小的内部热阻，因此在实际工程计算中，可根据需要忽略不计管内热阻，若污垢热阻较小，也可忽略不计。因此以一次空气侧光管外表面计的总传热系数为k 为：
k=
c h c h L L αα11
1+ (27)
2.5 热管数目计算
由传热方程计算出热管传热面积m
h
T k Q F ??= (28)
m T ?——传热平均温差
k ——以一次空气侧光管外表面积计的总传热系数 所需热管数目 h
L d F
N 0π= (29)
2.6 阻力计算
ρ
22max
NG f P ?
=? (30) 515
.02
11316.0max
)
)((
)(
86.37S S d S G d f r r -=μ
(31) 一次空气侧阻力为
h
h
r h h r h h h
h
G N S S d S G d G N f P ρμρ2)())(()(86.372)(2max 515.0211
316.0max 2max ?
=?=?- (32) 二次空气侧阻力为
c
c r c c r c c c
c
G N S S d S G d G N f P ρμρ2)())(()(86.372)(2max 515.0211
316.0max 2max ?=?=?- (33)
3 应用实例
根据以上的设计过程，我们与无锡某热管生产企业合作，设计出符合我们要求的实验用的热管换热器。
已知条件：新风量与排风量都为3000m 3/h ，新风进口温度为34℃，出口温度为28.5℃，排风进口
温度为24℃，通过计算，排风出口温度为29.4℃。
热管管内工作温度为1/2（34＋29.4）＝31.7℃，按各种工质的工作范围，选氨工质合适。铝与氨相容，故选铝为管材，因实验中要求在不改变管道布置的情况下，可在夏季与冬季分别进行实验，因此要求采用带有吸液芯的水平热管，吸液芯采用与氨相容的不锈钢网，热管两端气流都是气－气换热，因此两端都需带翅片，管外扩展表面具体参数见表3（单位mm ）。
表3 管外扩展表面具体参数
光 管 内 径 d i 光管外 径d r 翅片外 径d f 翅片厚度δ 翅片间 距 t 翅片高
度H 16
21
38
0.3
1.8
8.5
计算后的热管换热器结构设计参数见表4
表4 热管换热器结构设计参数
计算出的热管冷凝段与加热段迎面风速都为2.45m/s ，此流速在合理范围内，对应的阻力较小，都为135P a ，总传热系数为24.2w/m 2℃。
4 结论
文中以热管换热器的设计过程为基础，给出了针对制冷空调用热管换热器的基本设计过程，并给出了一个实际设计实例。关于热管换热器的一些传热极限校核计算可参考相关文献如文献[4]进行计算。在实际设计中，有时可根据经验先确定某些热管参数，然后再进行相关的校核。一般应用于制冷空调领域的热管多采用铝——氨热管，如果热管换热器是在已运转的系统中作为附加设备设计的时候，应根据现场具体参数的要求进行设计，选择合理换热器结构。
参考文献
[1] 蔡卫东.热管技术研究进展及其在制冷空调行业中的应用.制冷与空调,2003,3（3）：31-36 [2] 黄翔，郭忠民 王敏.新型蒸发冷却空调设计方案初探.西安制冷,2001,（2）：124-126 [3] 王磊.热管换热器的设计计算.纯碱工业,2001,（3）：39-43
[4] 庄骏，张红.热管技术及其工程应用.北京：化学工业出版社, 2000 [5] 朱聘冠.换热器原理及计算.北京：清华大学出版社, 1987
[6] 阳琳.热管间接蒸发冷却器冷却性能分析及传热传质实验研究.西安交通大学学报，1996
项目 数值 热管规格/㎜ Φ38×1.8（翅片外径×翅片间距） 蒸发段有效长度/㎜ 600
冷凝段有效长度/㎜ 600 横向管间距/㎜ 46
横向排数 8
纵向管间距/㎜ 40 纵向每排根数 12
总热管数/根 96 总换热面积（以热侧计）/㎡ 109.6
换热器外形尺寸/㎜ 长 1400
宽 800 高 950
气气热管换热器计算书
热管换热器设计计算 1确定换热器工作参数 1.1确定烟气进出口温度ti，t3，烟气流量V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力 Pc?对于热管式换热器，ti范圉一般在250°C?600°C之间，对于普通水- 碳钢热管的工作温度应控制在300°C以下.t2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180°C.空气入口温度的.所选取的各参数值如下： 2确定换热器结构参数 2.1确定所选用的热管类型 烟气定性温度：f 宇_4沁；2沁=310比 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的 半均值所得出： 烟气入口处：q =如+営=420?c+严z = 18O°C 烟气出口处：. t2+tiX4 200°C+20°Cx4 l° 5 5 C 选取钢-水重力热管.其工作介质为水.工作温度为30OC~250°C?满足要求.其相容壳体材料：铜.碳钢（内壁经化学处理）。
2.2确定热管尺寸 对于管径的选择，由音速极限确定所需的管径 d v = 1.64 Qc t J厂9必)2 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范闱，取Qc=4kW,在 10 = 56吃启动时 p v = O.1113k^/7H3 p v = 0.165 X 105pa r = 2367.4幼/kg 因此d v = 1.64 I ! = 10.3 mm yr(p v p v)l 由携带极限确定所要求的管径 d _ I 1.78 X Qent P Ji (P L"1/4+P V~1/4)_2^(P L -Pv]1/4 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取Q ent=4kw 管内工作温度t t = 180°C时 P L = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c^/m3 r = 20\3kJ/kg J = 431.0xl0^N/m 178x4 因此 nx20L3x(8Q6.^i/4+SA6^i/4)-2 [gX431.0xl0-4(886.9-5.160)]1/4 =13.6nun 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 4 = 22111111 管売厚度计算由式 Pv4 20qcr] 式中，Pv按水钢热管的许用压力28.5kg /nmr选取，由对应的许用230°C來选 取管壳最大应力乐朋=14kg/nim2,而 [ 空调用热管换热器的设计计算 西安工程大学 王晓杰 黄翔 武俊梅 郑久军 摘 要： 热管技术以其独特的技术在很多领域得到了广泛的应用，在空调领域热管技术也逐渐受到重视，除了理论研究热管技术在空调领域的应用外，设计出合适的换热设备对热管在空调领域的应用也及其重要。热管换热器的计算内容主要有热力计算和校核计算。其中热力设计计算大致可分为常规计算法，离散计算法和定壁温计算法。空调用热管换热器一般为气－气型换热器，文章主要针对气－气型热管换热器的常规计算法进行介绍，并给出了一个具体实例的计算结果，以进一步促进热管换热器在制冷空调领域的应用研究。 关键词： 热管 空调 热力计算 1 引言[1][2][4] 热管换热技术因其卓越的换热能力及其它换热设备所不具有的独特换热技术在航空，化工，石油，建材，轻纺，冶金，动力工程，电子电器工程，太阳能等领域已有很广泛的应用，制冷空调领域冷冷热流体温差小，因此热管技术也逐渐受到重视。根据实际需要设计出合理的热管换热器对于空调领域来说也极为重要。 同常规换热器计算一样，热管换热器的计算内容主要有两部分：热管换热器的热力计算和校核计算。在这里主要对热管换热器的热力计算做个介绍。热管换热器的热力设计计算目前大致可分为三类：常规计算法，离散计算法，定壁温计算法。常规计算法将整个热管换热器看成一块热阻很小的间壁，然后采用常规间壁式换热器的设计方法进行计算。离散计算法认为热量从热流体到冷流体的传递不是通过壁面连续进行的，而是通过若干热管进行传递，呈阶梯式变化，不是连续的。定壁温计算法是针对热管换热器在运行中易产生露点腐蚀和积灰而提出的，计算时将热管换热器的每排热管的壁温都控制在烟气露点温度之上。从而避免露点腐蚀及因结露而形成的灰堵。 空调系统要处理的对象一般为室外新风或是室内排风，都属于气态介质，因此空调用热管换热设备为气－气热管换热器。本文将对空调用气－气热管换热器的常规计算法的热力计算做个简要介绍，文中的一次空气是待处理室外新风，二次空气可以是室内排风或室外新风。 2 热管换热器的设计计算[3][4] 2.1已知设计参数 一次空气质量流量M h , 进出口温度T 1,T 1’，二次空气质量流量M c , 进出口温度T 2,T 2’。一般六个已知量中，只要给定5个即可，另一个参数可由热平衡方程算出，如需要，还需给出一、二次空气的允许压降，二次空气出口温度未知时的计算过程为： ①一次空气定性温度T h =2 ' 11T T + (1) 查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度h p C 导热系数h λ粘度h μ 普兰德数h r P ②一次空气放出热量)(' 11T T C M Q h p h h -= (2) 1. 《热工学》，《传热学》里面有计算公式和公式推导 2. 各种手册里有更为直接的工程计算方法和参数列表，比如机械类手册，热工类手册、暖通类手册，压力容器类手册。 3. 计算热管换热系数可以采用有限元方法，ansys 、abaqus 都可以，如果有流固耦合，也可以用fluent 和cfx ，甚至是基于workbench 的多物理场联合仿真。另外还有流程类仿真计算软件，如aspen 之类的，这个软件一般应用在石化领域， 计算换热器比较有优势。 热管换热器设计 一台锅炉排烟温度为160℃，要求设计一台热管换热器，用烟气余热加热进气以提高锅炉效率。已知参数：锅炉排烟量f V =189000m 3/h ，迎风面风速=f u 2.9m/s ，排烟温度=1f t 160℃，设定出口烟气温度=2f t 118℃。需要空气的流量V l =120000m 3/h ，进气温度℃251=l t ，空气风速为s m v f /9.2= 选取圆片翅片强化换热。翅片管材料选择碳钢（w C =1%）。热管参数：热管蒸发段长取l 0=3.16m ，管外径d 0=34mm ，管内径d i =29mm ，壁厚δ0=2.5mm ， 翅片高度H=12mm ，翅片厚度δ=2mm ，翅片间距mm s f 4.6=，那么翅片的节距 mm s s f f 4.8'=+=δ，每根管肋片数为n f =3160/8.4=376片。管排选用叉排布置， 迎面横向管子距离设定为m S T 115.0=，翅片管纵向距离m S S T L 115.0==。由于烟气和空气的物性很相近，取相同的蒸发器和冷凝器结构参数。 1. 总换热量计算 定性温度t fm=℃1392 118 1602 t 21 =+= +f f t 查物性得： ) /(10473.3/10931.25682.0Pr )/(0793.1/8712.02 2 6 3 K m W s m K kg kJ c m kg f f f p f ??=?==?==--λνρ，，，， 热管换热器设计计算 1 确定换热器工作参数 1.1 确定烟气进出口温度t 1，t 2，烟气流量V ，空气出口温度 ，饱和蒸汽压力 p c .对于热管式换热器，t 1范围一般在250C ~600C 之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300C 以下.t 2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180C .空气入口温度 .所选取的各参数值 如下： 2 确定换热器结构参数 2.1 确定所选用的热管类型 烟气定性温度： = = 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的平均值所得出： 烟气入口处： 烟气出口处： 选取钢-水重力热管，其工作介质为水，工作温度为30C ~250C ，满足要求，其相容壳体材料：铜、碳钢（内壁经化学处理）。 2.2 确定热管尺寸 对于管径的选择,由音速极限确定所需的管径 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范围，取C Q 4kW =，在 启动时 因此 由携带极限确定所要求的管径 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取4Q ent =kw 管内工作温度 时 4431.010/N m δ-=? 因此 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 m m 22d i = 管壳厚度计算由式 ] [200d P S i V σ= 式中，V P 按水钢热管的许用压力228.5/kg mm 选取，由对应的许用230C 来选取管壳最大应力2MAX 14kg/mm σ=,而 2MAX 1 [] 3.5/4 kg mm σσ== 故 0.896mm 3.5 2000.022 28.5S =??= 考虑安全因素，取 1.5S mm =,管壳外径:m m 25.51222S 2d d i f =?+=+=. 通常热管外径为25~38mm 时，翅片高度选10~17mm （一般为热管外径的一半），厚度选在0.3~1.2mm 为宜，应保证翅片效率在0.8以上为好.翅片间距对干净气流取2.5~4mm ；积灰严重时取6~12mm ，并配装吹灰装置.综上所述，热管参数如下： 翅片节距：'415f f f S S mm δ=+=+= 每米热管长的翅片数：' 10001000 200/5 f f n m S === 肋化系数的计算： 每米长翅片热管翅片表面积 22 [2()]14 f f o f f f A d d d n π πδ=? ?-+???? 每米长翅片热管翅片之间光管面积 (1)r o f f A d n πδ=??-? 每米长翅片热管光管外表面积 o o A d π=? 肋化系数：22[2()]1(1) 4 f o f f f o f f f r o o d d d n d n A A A d π πδπδβπ??-+????+??-?+= = ? 22[0.5(0.050.025)0.050.001]2000.025(10.2) 8.70.025 ?-+??+?-= = 热管换热器计算 热管换热器计算可用热平衡方程式进行计算，对于常温下使用的通风系统中的热管换热器的换热后温度，回收的冷热量也可用下列公式计算，由于公式采用的是显热计算，但实际热回收过程也发生潜热回收，因此计算值较实测值偏小，其发生的潜热回收可作为余量或保险系数考虑。热管换热器的计算: 1. 热管换热器的效率定义 t /t t (1-1) η=t1-21-3 式t、t——新风的进、出口温度(?) 12 t——排风的入口温度(?) 3 2.热管换热器的设计计算 一般已知热管换热器的新风和排风的入口温度t和 t，取新风量L 与排风量13xL 相等。即 L = L ，新风和排风的出口温度按下列公式计算: PxP t=t,η(t,t) (1-2) 2113 t=t，η(t,t) (1-3) 4313 t——排风出口温度(?) 4 回收的热量Q (kW), 负值时为冷量: Q(kW)= LρC(t-t)/3600 (1-4) xXx21 3式中 L——新风量( m/h ) x 33ρ——新风的密度(kg/m)(一般取1.2 kg/m) x C——新风的比热容，一般可取1.01kJ/ (kg ?? )。 x 3.选用热管换热器时，应注意: 1)换热器既可以垂直也可以水平安装，可以几个并联，也可以几个串联;当水平安装时，低温侧上倾5?~7?。 2)表面风速宜采用1.5 m/s~3.5m/s。 3)当出风温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应设计冷凝水排除装置。 4)冷却端为湿工况时，加热端的效率η值应增加，即回收的热量增加。但仍可按上述公式计算(增加的热量作为安全因素)。需要确定冷却端(热气流)的终参数时，可按下式确定处理后的焓值，并按处理后的相对湿度为90%左右考虑。 h=h, 36Q/ L×ρ (1-5) 21 式中 h h ——热气流处理前、后的焓值(kJ/kg); 1,2 Q ——按冷气流计算出的回收热量(W); 3L ——热气流的风量 (m/h ); 3ρ——热气流的密度 (kg/m)。 3【例】已知当地大气压接近993hpa;新风与排风量相等，L=L=10000m/h;夏季xp 新风温度33.2?，h=92kJ/kg, 排风温度25?;冬季室外温度为-12? ，室内1 排风温度为20? ，焓值为40 kJ/kg，试选用热管换热器。 【解】 1) 按迎风面风速υ =3m/s求迎风面积F: xx 2Fx=Lx / 3600Vx=10000/3600×3=0.926m 2)查德天节能热管选型表，选用KLS15×1514型 2Fx=1.0 m Vx=Lx/3600×1.0=2.78m/s 3) 按υ=2.78m/s，查效率阻力表得: x 6排管时:η=61%，阻力,96Pa 8排管时:η=67%，阻力,128Pa;出于经济效率综合考虑，选用6排管，热回收效率61,; 热管的换热原理及其换热计算 一热管简介 热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。 热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。其结构如图所示： 热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。蒸发段 的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。 在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。 (1) 产品展示 (2) 产品参数说明 项目技术参数 热管长度> 100mm 主体材料铜管 毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管 工作介质冷媒 设计工作温度30~200℃ 设计使用倾角> 5° 传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号) 热阻系数< 0.08℃/W (参考值) 传热功率测试原理 测试总体要求1）加热功率有功率调节仪控制输入； 2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)； 3）管壁上监测点的温度变化在5min内小于 0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传 热功率为最大传热功率。 热管换热器模拟计算 1，已知条件： 烟气入口温度：C T g ?=300' 烟气出口温度：C 150''?=g T 水入口温度：C T L ?=20' 水出口温度：C T L ?=90'' 热负荷：KW Q 3000= 20℃饱和水蒸气C kg kJ C PL ??=183.4 取C kg KJ C pg ??=097.1 烟气质量流量：()h kg T T C Q Mg g g pg 65633150 097.13000 '''=?=-= 锅炉给水量：()h kg T T C Q M l l pl L 3688470 183.43000 '''=?=-= 2.基本选择 （1）工质选择 管内温度估算、由式n nT T T V ++=12 1 烟气入口处：n nT T T L g V ++=1''' （取n=3，参看表4-2） C T V ?=+?+=5.1423 190 3300 烟气出口处：C n nT T T L g V ?=+?+= ++= 5.523 120 31501''' 由表4-1选水作为热管工质是合适的。 （2）.管材的选择。 由表4-3应选铜管作为管壳材料，但为了节省成本，本设计根据用户要求，采用经过某种处理的碳钢管作为管材，该种水--钢热管已经过一年的寿命试验，没有发现性能有明显的降低。 （3）.放置形式和芯结构的选择。 在水平烟道上安装，采用重力式热管，不加任何芯结构。 （4）.管径和扩展表面的选择。 音速极所需管径，由式（4-29）() r P Q d V V C v 2 154 .1ρ= 取启动时，在C T KW Q v C ?==50,6 m N p m kg v v 53 10123.0,083.0?==ρ kg kJ r 2383= 故 () mm m d v 7.130137.02383 10123.0083.06 54 .12 15==???= 由携带限所要求的管径，由（4-28） () [] 4 12 4 14 1 78.1-----?? ? ? ?+??= v L v L ent v g r Q d ρρ δρρπ 此外，取Q ent =6kw 。 管内工作温度，时，C T V ?=100 m N kg kJ r m kg m kg v L 43 3 106.588,2258,6.0,958-?====δρρ 故()[] mm m d v 23023.06.0958106.5888.96.095822586 78.14 142 4 14 1 ==-??? ?? ? ? ? +??= -----π 为了安全起见，最后选取热管的内径 mm d i 27= 管壳厚度计算，由式（4-32） δ 200i V d P S = 式中，V P 按水---钢热管的许用应力402Cm gf K 选取，由对应的需用温度250℃按图4-17来选取管壳最大应力,142 max mm gf K =δ而2max 5.34144 1 m gf K ===δδ 故mm m S 54.11054.15 .3200027.0403=?=??=- 为了安全起见，取mm S 5.2= 管壳外径mm S d d i 325.222720=?+=+= 根据4-4节，4-7节的说明，烟气侧采用翅片管，而在水侧采用光管，最后选定尺寸如下表 第一章热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明[1]，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。热管气-气换热器是最能体现热管优越性的热管换热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气-气换热器是目前应用最广泛的一种气-气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义[2~6]。 利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用 热管换热器设计计算说明书 第一章热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明[1]，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。热管气-气换热器是最能体现热管优越性的热管换热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气-气换热器是目前应用最广泛的一种气-气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义[2~6]。 利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用 热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体压降小等优点。由于其特殊的传热特性可控制管壁温度，避免露点腐蚀。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中进行余热回收以及综合利用工艺过程中的热能，已取得了 热管换热器设计计算及设计说明书 第一章热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明[1]，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。热管气-气换热器是最能体现热管优越性的热管换热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气-气换热器是目前应用最广泛的一种气-气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义[2~6]。 利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用192空调用热管换热器的设计计算全文
计算热管换热器
热管换热器计算书
热管换热器计算
热管的换热基本知识及其换热计算
热管换热器模拟计算
热管换热器设计说明书
热管换热器设计计算及设计说明
热管换热器设计计算及设计说明书