热管的换热基本知识及其换热计算
换热器介绍及热效率计算
换热器基础知识.
换热器基础知识简单计算板式换热器板片面积选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热对数温差传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。
最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。
换热器的分类与结构形式换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。
表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。
蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。
二、换热器按用途分为：1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3、过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
三、按换热器的结构可分为：可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
空调节能热管换热技术
空调节能热管换热技术空调节能热管换热技术，这可真是个好东西呢！就像一个聪明的小助手，在空调这个大舞台上悄悄地发挥着巨大的作用。
咱们先来说说空调吧，夏天的时候，空调就像个大救星，要是没有它，那热得简直像在蒸笼里一样。
可是空调一直开着，那电费就像流水一样哗哗地走，真让人心疼。
这时候，节能热管换热技术就闪亮登场啦。
这技术啊，就好比是一个超级节能的小管家，把空调里面热量的交换管理得井井有条。
那这个节能热管换热技术到底是怎么一回事呢？其实啊，热管就像是一个热量的快速通道。
大家都知道水往低处流吧，热管里的热量传递就有点像水往低处流这个道理。
热量在热管里跑得可快了，就像短跑运动员冲刺一样。
它能够快速地把空调里产生的热量传递出去，让空调制冷或者制热的效率大大提高。
这就好比一个快递员，原本要慢悠悠地送包裹，现在有了这个超级快递员（热管），包裹一下子就送到目的地了，空调干活的速度就更快了。
咱再打个比方，假如空调是一个工厂，那热量就是工厂里的产品。
以前呢，这个产品的运输效率低，导致整个工厂的生产效率也低。
现在有了节能热管换热技术，就像是给这个工厂修了一条超级高速公路，产品（热量）能够快速地运出去，工厂（空调）就能更快地生产（制冷或者制热）。
这样一来，空调不需要消耗太多的能量就能达到很好的效果，就像一个人不需要费太多力气就能把活干得又快又好。
节能热管换热技术还有一个好处呢，它特别耐用。
这就像一个踏实的老黄牛，默默地在空调里工作，不会轻易出问题。
不像有些空调部件，用着用着就不行了，这个热管就稳稳地在那发挥着自己的作用。
从环保的角度看，这技术更是像一个环保小卫士。
因为空调节能了，消耗的电能少了，发电厂排放的污染物也就少了。
这就好比是少砍了很多树用来发电一样，对环境那可是大大的有益啊。
我们生活的地球就像一个大家庭，节能热管换热技术就像是家庭里那个会过日子的成员，让整个家庭（地球）的资源能够更合理地被利用。
在我们日常生活中，要是用了带有这种技术的空调，那可真是省钱又省心。
热管换热器的设计计算
热管中从冷凝段回流到蒸发段的液体的一部 分 ,由于蒸汽流的流动将被携带到冷凝段 ,因而造成 蒸发段干枯 ,引起蒸发段过热 ,这一极限称为热管的 携带限 。 对重力式无吸液芯热管 , 携带极限的管径可用 下式计算 :
dc =
1. 78 Q ent
- 1/ 4 - 1/ 4 π γ(ρ ) + ρV L - 2
L经 = L1 = L2 K2 K1
饱和温度 , K; T1 、 T2 — — — 分别为热流体和冷流体的温度 , K。 安全长度比主要用于验证计算确定的长度比是 否安全 。 1. 3 工质的选择 工质的选择要满足与热管材质相容性和热物理
( 4)
2001 年第 3 期 王 磊 : 热管换热器的设计计算
1. 5 翅片效率与翅化比 1. 5. 1 翅片效率
G
单位 kg/ m2 ・ s
流动方向上的管排数
8 2. 4～2. 7
热管在气体侧传热时热阻较大 , 常采取加翅片 的方法来强化传热 。加翅片后 ,随翅片高度的增加 , 其温度与热管壁温有一个梯度 。当以热管光管面积 计算给热系数时 ,即存在一个翅片传热效率问题 ,即 η=
( 见 2. 3 中定义) ,W/ m2 ・ K;
M1 、 M2 — — — 分别为热流体和冷流体的质量流
单管传输功率 (kW)
<1 <3 <7
管径 d o ( 外径) (mm)
16～25 25～32 32～60
量 ,kg/ h 。 在计算时 , 需先确定 L 经 , 再根据传热原理求 K1 、 K2 。为此 , 可先估计 K1 、 K2 值 , 估算出 L 经 , 再进 行精确的传热计算 。 K1 与 K2 值可按表 2 估计 。
热管换热技术
热管换热技术
热管换热技术是一种高效的换热方式，广泛应用于各种热管理领域。
热管是一种封闭的空间，内部充满液态介质。
在热管两端，分别有一个热源和一个热汇，当热源一端受热时，介质在蒸发的同时，吸收热量，形成高压气体，然后通过热管中的压力差，以及内部孔道的引导作用移动到热汇一端，释放热量，形成液态介质，随后回到热源一端，循环往复。
热管换热技术与传统的换热器相比，具有许多优势。
例如，热管内部介质的高效运动使得热量在短时间内就能够传递，因此具有快速响应的特点。
此外，热管换热器结构紧凑，占用空间小，可广泛应用于各种多场合的换热需求，如电子设备散热、汽车发动机散热等。
总之，热管换热技术已经成为广泛应用的高效换热方式之一，将在未来为各个领域的热管理问题提供更好的解决方案。
热管换热器(热管换热器)
Principle and design of heat exchanger 2015
4）热管的型式 ① 吸液芯热管：冷凝的工作液体依靠毛细多孔材料（吸液芯）的毛细抽吸力返回到 加热段（蒸发段）
Principle and design of heat exchanger 2015
b. 液体流动
冷凝液通过毛细作用返回蒸发段内的流动为层流流动，并主要 受摩擦阻力支配，由动量引起的压差可以忽略，且受重力的影响 （当管不水平放置时）； 无吸液芯的热管即靠重力回流。
c. 压力分布
整个热管工作过程类似自 然循环系统；通过正确选择热 管材料、工质和几何参数，以 使所产生的毛细压差满足循环 的要求，并完全超过重力作用 使热管的安放和使用不受重力 场方向和大小的影响。
Principle and design of heat exchanger 2015
换热器
原理与设计
Principle and design of heat exchanger
Principle and design of heat exchanger 2015
3.5 热管换热器
热管换热器是一种新型、高效、节能换热器，广泛使用于航天航空业，并逐步 用于加热炉对流室烟气余热回收中。它是由数根热管组成的。热管外部装有翅片以 提高传热效果。热管管束中间装有隔板，冷、热流体分别在隔板的两侧流动，通过 热管进行热量传递。
Principle and design of heat exchanger 2015
即在cosθe=1(θe=0°)，cosθc=0(θc=90°)时，ΔPcap：有最大值为：
热管散热器散热计算公式
热管散热器散热计算公式热管散热器是一种高效的散热设备，它通过热管的热传导和散热片的散热来实现散热效果。
在工程实践中，我们需要通过一定的计算来确定热管散热器的散热效果，以确保设备正常运行。
本文将介绍热管散热器的散热计算公式，并对其进行详细的讲解。
热管散热器的散热计算公式可以分为两部分，热管的热传导计算和散热片的散热计算。
首先我们来看热管的热传导计算。
热管的热传导计算公式如下：Q = kAΔT / L。
其中，Q为热管的传热量，单位为瓦特(W)；k为热管的导热系数，单位为瓦特/米-摄氏度(W/m·°C)；A为热管的横截面积，单位为平方米(m^2)；ΔT为热管两端的温度差，单位为摄氏度(°C)；L为热管的长度，单位为米(m)。
在实际应用中，热管的导热系数k通常是已知的，可以根据热管的材料和结构参数进行查阅。
热管的横截面积A和长度L也是已知的，可以通过测量得到。
而热管两端的温度差ΔT则需要根据具体的工况和散热需求来确定。
通过这个公式，我们可以计算出热管的传热量，从而评估热管的散热性能。
接下来我们来看散热片的散热计算。
散热片的散热计算公式如下：Q = hAΔT。
其中，Q为散热片的传热量，单位为瓦特(W)；h为散热片的对流换热系数，单位为瓦特/平方米-摄氏度(W/m^2·°C)；A为散热片的表面积，单位为平方米(m^2)；ΔT为散热片表面和环境的温度差，单位为摄氏度(°C)。
在实际应用中，散热片的表面积A是已知的，可以通过测量得到。
散热片的对流换热系数h通常需要根据具体的工况和散热片的形状来确定，可以通过经验公式或者计算流体力学模拟得到。
而散热片表面和环境的温度差ΔT也需要根据具体的工况和散热需求来确定。
通过这个公式，我们可以计算出散热片的传热量，从而评估散热片的散热性能。
综合考虑热管和散热片的散热计算公式，我们可以得到整个热管散热器的散热量。
在实际应用中，我们还需要考虑热管和散热片的布局和组合方式，以及热管散热器的整体热阻等因素。
热管换热器原理
热管换热器原理
热管换热器又称热阻换热器，是一种利用流体和电流的特性，使温度不同的流体之间进行相互换热的热交换装置。
它是一种热交换器，它可以将热能从一个温度高的流体传给另一个温度低的流体，它的结构比较简单，比其他的热交换器更加紧凑，可以很容易地实现连续换热或者间歇换热，具有热负荷大、抗热震动能力强等优点，因此它可以用于多种不同的工业应用当中。
热管换热器的工作原理是，在一种叫做“表面热传导”的效应下，两个不同温度的流体之间通过一层电热组件的表面的热传导作用而
实现换热，而不会改变他们的物理性质。
原理如下：流体在电热组件的表面产生不同的温度，高温流体从其内部提供热量，而低温流体从自身抽取热量，使得所有的温度都达到平衡。
热管换热器可以采用多种不同的结构方式来实现换热，它一般分为单管和双管两种结构，单管结构是由一组热管组成，流体在同一管内换热；双管结构是由两组热管组成，流体在不同管的内部换热。
其中最常见的是双管设计，它有较强的扩展性，通常使用外罩罩套住热管以及它们之间的空隙，以形成一个完整的换热装置，有时会与其他换热装置搭配使用，来实现更加完善的换热效果。
由于热管换热器的结构简单，可以实现连续换热或者间歇换热，而且在换热过程中，温度变化不会对流体状态产生影响，因此，它可以应用在多种情况当中，如食品加工、精细化工、汽车系统制冷和水处理等。
此外，它也可以用于除湿和加湿，控制室温，减少空调能耗，
进行冷却、加热和蒸汽等多种工业过程。
热管换热器已经成为当今工业领域最为重要的热交换器之一，它将继续在工业应用中发挥重要作用，在未来的发展中还将获得更多的突破，它将成为工业应用中不可缺少的强大工具。
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热管的换热原理及其换热计算—热管简介热管是近几十年开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。
其结构如下图:heat oulcontainerheat inwick structureliquid flow热管的工作原理是：夕卜部热源的热量，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，直至到达饱蒸气压』匕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。
在热管真空度到达要求的情况下，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⑵产品参数说明⑶产品性能测试图例长度700踰的真空退火管最大传热功率測试图1长度700mm的真空退火管最大传热功率测试热管等温性测试图2热管等温性测试曲线二热管技术的原理应用与开展热管传热利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外。
采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机,甚至不需风机，完全采用自冷方式，同样可以得到满意的散热效果，使得困扰风冷散热的噪音问题以及大功率电力模块散热问题得到良好解决,开辟了散热行业的新天地。
工作原理物体的吸热、放热是相对的，但凡有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。
热传递有三种方式:辐射、对流、传导，其中热传导最快。
热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。
一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。
热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。
管壁有吸液芯，其由毛细多孑励料构成。
热管一端为蒸发段〔简称热端〕,另外一端为冷凝段〔简称冷端〕，当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量,重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。
这种循坏是快速进行的,热量可以被源源不断地传导开来。
组成与工作过程典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1 .3x(10-l ——10-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁毛细多孔材料中的吸液芯充满液体后加以密封。
管的一端为蒸发段(加热段),另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。
当热管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端,放出热量凝结成液体,液体再沿多孑励料靠毛细力的作用流回蒸发段。
如此循环不己，热量由热管的一端传至另一端。
热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：(1) 热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到(液・■汽)分界面；(2) 液体在蒸发段内的(液-■汽)分界面上蒸发；(3) 蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段;(4) 蒸汽在冷凝段内的汽••液分界面上凝结;(5) 热量从(汽••液)分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；(6) 在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。
13工作条件图1热管管内汽■液交界面质量流、压力和温度沿管长的变化示意图图1表示了热管管内汽■液交界面形状，蒸气质量、流量、压力以及管壁温度Tw和管内蒸气温度Tv沿管长的变化趋势。
沿整个热管长度,汽■液交界处的汽相与液相之间的静压差都与该处的局部毛细压差相平衡。
热管正常工作的必要条件是△ Pc > A PI +A P v +A Pg其中△ pc ：毛细压头一是热管内部工作液体循环的推动力，用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降“Pv ,冷凝液体从冷凝段流回蒸发段的压力降皆1，和重力场对液体流动的压力降APgCPg可以是正值是负值或为零视热管在重力场中的位置而定〕。
2 •热管的根本特性热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下根本特性。
很高的导热性热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。
与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。
当然，高导热性也是相对而言的,温差总是存在的，可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限;热管的轴向导热性很强,径向并无太大的改善〔径向热管除外〕。
优良的等温性热管内腔的蒸汽处于饱和状态，饱W蒸汽的压力决定于饱和温度,饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。
热流密度可变性热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量,而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量,这样即可以改变热流密度,解决一些其他方法难以解决的传热难题。
热流方向可逆性—根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段,而另一端向外散热就成为冷凝段。
此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反响容器及其他装置。
热二极管与热开关性能热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向—个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关那么是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作〞当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。
恒温特性〔可控热管〕普通热管的各局部热阻根本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各局部的温度亦随之变化。
近年来出现了另一种新型热管——可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小,实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。
环境的适应性热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成别离式的，以适应长距离或中热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。
3 •热管的分类由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处,故而对热管的分类也很多，常用的分类方法有以下几种。
(1) 按照热管管内工作温度区分热管可分为：低温热管(一273 ——0°C)、常温热管(0—250°C)、中温热管［250——450°C)、高温热管(450 — 1000°C)等。
(2) 按照工作液体回流动力区分热管可分为：有芯热管、两相闭式热虹吸管(又称重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。
(3) 按管壳与工作液体的组合方式划分(这是一种习惯的划分方法)可分为：铜一水热管、碳钢一水热管、铜钢复合一水热管、铝一丙酮热管、碳钢一蔡热管、不锈钢T内热管等等。
(4) 按结构形式区分可分为：普通热管、别离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等。
(5) 按热管的功用划分可分为：传输热量的热管、热二极管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。
4 •热管的相容性及寿命热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内,管内工作液体同壳体不发生显著的化学反响或物理变化，或有变化但缺乏以影响热管的工作性能。
相容性在热管的应用中具有重要的意义。
只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性。
碳钢■水热管正是通过化学处理的方法，有效地解决了碳钢与水的化学反响问题，才使得碳钢一水热管这种高性能、长寿命、低本钱的热管得以在工业中大规模推广使用。
影响热管寿命的因素很多，归结起来，造成热管不相容的主要形式有以下三方面，即：产生不凝性气体，工作液体热物性恶化，管壳材料的腐蚀、溶解。
(1) 产生不凝性气体:由于工作液体与热管材料发生化学反响或电化学反响，产生不凝性气体,在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化，传热能力降低甚至失效。
(2) 工作液体物性恶化：有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解,这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与热管壳体材料发生化学反响，使工作介质改变其物理性能，如甲苯、烷、坯类等有机工作液体易发生该类不相容现象。
(3) 管壳材料的腐蚀、溶解：工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素,使管壳材料发生溶解W腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。
当管壳被腐蚀后，引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。
这类现象常发生在碱金属高温热管中。
5.热管制造热管的主要零部件为管壳、端盖〔封头〕、吸液芯、腰板〔连接密封件〕四局部。
不同类型的热管对这些零部件有不同的要求。
⑴管壳热管的管壳大多为金属无缝钢管，根据不同需要可以采用不同材料，如铜、铝、碳钢、不锈钢、合金钢等。
管子可以是标准圆形，也可以是异型的，如椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等。
管径可以从2mm到200mm ,甚至更大。
长度可以从几毫米到100米以上。
低温热管换热器的管材在国外大多采用铜、铝作为原料。
采用有色金属作管材主要是为了满足与工作液体相容性的要求。
⑵端盖热管的端盖具有多种结构形式,它与热管连接方式也因结构形式而异。
端盖外圆尺寸可稍小于管壳。
配合后，管壳的突出局部可作为氮弧焊的熔焊局部，不必再填焊条，焊口光滑平整、质量容易保证。
旋压封头是国内外常采用的一种形式，旋压封头是在旋压机上直接旋压而成，这种端盖形式外型美观,强度好、省材省工，是一种良好的端盖形式。
(3)吸液芯结构吸液芯是热管的一个重要组成局部。
吸液芯的结构形式将直接影响到热管和热管换热器的性能。