分离式热管的应用
新环境下的数据中心冷却节能技术
Telecom Power Technology节能减排新环境下的数据中心冷却节能技术徐嘉，林武隽，刘永彬（中国电信股份有限公司北京分公司，北京随着数据中心的容量和数量不断攀升，其绿色节能的迫切性日益凸显。
用于全年不间断供冷的能耗约占本文将从制冷系统控制策略、自然冷却技术和气流组织与液冷技术三个角度，对近年来发展较快的冷却节能技术进行梳理，以期为今后数据中心的新建设计和节能改造提供技术参考。
数据中心节能；控制策略；自然冷却；气流组织；液冷Energy Saving Technology for Data Center Cooling Under New Environment，LIN Wu-jun，LIU Yong-BinChina Telecom Corporation Limited Beijing BranchWith the increasing capacity and number of data centersbecome increasingly prominent. The energy consumption for the year-round uninterrupted cooling supply accounts % of the total energy consumption，so there is great potential for energy-saving optimization. In this the cooling energy-saving technologies which have developed rapidly in recent years are summarized from 2020年9月第37卷增刊1Telecom Power TechnologyＳｅｐ． ２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． Ｓ１ 徐 嘉，等：新环境下的数据中心冷却节能技术主要用电设备，冷水主机的COP随负荷率的增加呈上凸型抛物线的趋势变化。
热管技术国内外研究现状
热管技术国内外研究现状热管原理最早是由于1944年在美国俄亥俄州的通用发动机公司提出并一次取得专利[4]。
该公司最初提出一种设想也即最早期的热管装置，这种装置只是由封闭的管子组成，当管内充装某种液体时，管子的一侧吸热蒸发后，另一侧的某一装置可以达到冷凝放热的效果，不附加任何外加动力的基础上，仅依靠管子内部的吸液芯所产生的毛细吸力，使得冷凝后的液体可以流回至原来那侧，从而继续蒸发吸热，像这样循环往复，就可以实现使热量从端传动到另一端的目的。
但的很可惜的是，他的想法在当时并未得到广泛的认同。
306041963年，美国新墨西哥州的科学家在国家实验室再次研制出了类似于最初设想的传热装置，并赋予这种传热装置一个学术的内涵，正式将这一传热元件命名为热管一一，当时实验中采用钠作为工质，壳体采用不锈钢材料，内部装有丝网吸液芯[5]。
论文网随着时间不断推移，关于热管的研究并没有停下脚步。
1965年，首次给出了较为完整的热管理论，也正是他建立了热管中各个过程的基本方程，并建立了如何计算热管毛细极限的较为标准规范的数学模型，由此，为以后的热管理论研究工作奠定了基础[6]。
1966年，发明了一种拥有独特通道设计的热管[7]。
他所完成的设计是为工作液体从放热段回流至吸热段过程中，提供了一个压力降比较小的通道，这样就可以较大幅度的提高热管的传热能力。
1967年，美国宇航局将一根不锈钢一水热管送入地球卫星轨道并且运行成功[8]。
这一壮举之后，更是几近引发了科学界的沸腾，吸引了更多的科学家和科研人员投身于热管的研究中来，不论是荷兰、日本、英国、法国、意大利、前西德、前苏联等国家和地区均展开了相关的大量研究工作，至此热管技术以空前的速度得到发展。
源自1969年，前苏联和日本的有关书籍和杂志几乎同时发表了有关热管研究方面的文章。
这篇文章中对于带有翅片的热管式空气加热器加以详细的描述。
在全球能源日趋紧张的现况中，这种空气加热器可以应用于回收工业废气中潜热；同时，和提出了利用可变导热热管来实现恒温控制[9]；另外，科学家也发明出了一种新的旋转式热管，它是依靠转动从而产生离心力，使得工作液体能够从冷凝段流回蒸发段。
热管及热管换热器
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——一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做为蒸发段，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应器及其他装置。
*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
热管内质量流、压力和温度分布
热管液汽分界面的形状
（a）管起动前的液—汽交界面 （b）热管工作时的液—汽交界面 （c）吸液芯内液—汽界面参数
热管工作过程动画
注意：热管中的水会
因为内部低压而在100℃ 以下就沸腾蒸发。
热量散失
水蒸汽流 水蒸汽冷凝
热量输入 液态水蒸发 液体由于重力 或吸附力回流
4 两相闭式热虹吸管——重力热管、热虹吸管
热管的工作液要有较高的汽化潜热、导热系数，合适的饱和压力及沸 点，较低的粘度及良好的稳定性。工作液体还应有较大的表面张力和 润湿毛细结构的能力，使毛细结构能对工作液作用并产生必须的毛细 力。工作液还不能对毛细结构和管壁产生溶解作用，否则被溶解的物 质将积累在蒸发段破坏毛细结构。
2.2 热管的三个区段的划分 * 根据热管外部热交换情况分：加热段、绝热段、冷却段 * 根据热管内部工质传热传质情况分：蒸发段、绝热段、冷 凝段
7 总结热管的重要特点
*高导热性——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，不可能违反热 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。
一种新型热管装置应用在宾馆空调节能系统中的分析研究
文 章编 号 ： ０ ２ ３ ９ （ ０ １０ （ ） ０ ６ ２ １ ７ － ７ １２ １ ） ８ａ一０ ０ —０
带 简 要 介 绍 一 下分 离 式 热 管 的传 热 原 理 。 近 年 来 ， 离 式 热 管 换 热 器 凭 借 着 其 与 传 统 一 次 回风 再 热 式 空 调 系统 比 较 ， 分 可 使 冷 、 源 分 开 ， 距 离 传输 能 量 ， 不 热 管 热 交 换 器 回 热 的 一 次 回 风空 调 器 系统 热 远 且 需 外 加 动 力 ， 管 传 热 效 率 高 ， 构 简 单 ， 可 以 减 少 表 冷 器 的 冷 量 和节 省再 热 器 的再 １ 分离式 热管的传热原理 热 结 分 离 式 热 管的 结 构 如 图 １ 示 。 蒸 发 所 其 投 资 小 ， 耗 小 ， 设备 腐 蚀 和 环 境 污 染 小 热 量 【。 能 对 ５ 目前 ， 调 中应 用 的 热 管 形 式 以 圆 ］ 空 等 特 点 ， 电 厂 余 热 回收…、 硫 装 置ｔ 等 形 翅 片 和 螺 旋 形 翅 片 为 主 ， 是 这 种 结 构 段 和 冷 凝 段 是 分 开 的 ， 过 蒸 汽 上 升 管 和 在 脱 但 通 大 新 排 形 领 域 得 到 了应 用 ， 取 得 了较 好 的 收 益 。 并 东 有 着 阻 力 大 、 风 量 时 体 积 大 ， 、 风 管 液 体 下 降 管 连 通 起 来 ， 成 一 个 自然 循 环
纵 向翅 片分 离式热管应 用于 宾馆能量 回收进 行 了经济性 分析 ， 出纵 向翅 片热管应 用于 宾馆 空调热 回收 系统， 指 具有一 定的可行 性 。
关键词 ： 离式熟管 圃形翅 片 空调热回收 纵向翅 片 分 中 图分 类 号 ： Ｍ５ Ｔ １ 文 献标 识码 ： Ａ
分离式热管换热器回收汽车尾气余热的试验研究
却液和机 油损失掉 ，０ １％为摩擦损 失． 按车速 ６ Ｏ ｋ／、 ｍ ｈ 每百公 里 耗 油 ｌ 、 油发 热 量 ５ ．４ ５Ｌ 汽 ０ ２ ２Ｘ ｌ Ｏ 计 算 ， １ｈ由 尾 气 排 出 的 热 量 高 达 ８ ８ ｋ 利用此 热量 可 以解 决 我 国北 方 冬季 客 车取 暖 Ｗ， 问题． 将利用 汽 车暖气 ， 现 采用 分离 式热管 装 置进 行换热 的研究情 况介 绍如 下 ：
ｔ ＞（ 一 ｏ ， 。 ｔ 这时可使热管内工质温度 远 ） ） 离烟气 温 度 ｔ， 图 ２所 示． 如
一
图 １ 分离式热管结构示意 图
收 稿 日期 ：０ ８一 １ ３ ２ ０ Ｏ 一Ｏ
图 ２ 热 管温 度特性示意图
作者简介： 尹文国（９２ ） ， １６ 一 男 吉林九 台人 ， 吉林医药设计有 限公司高级 工程师 ， 主要从 事化工过程设 备传导、 疫苗 等方面的研究．
式 中 ｔ ｃ 别 为 烟气 温 度 和冷 空 气 温 度 ， ｔ分 ｔ 为热 管 内工 质温 度 ； 、 别 为蒸 发 段与冷 凝 段 的换 ｈ分 热系数 ； Ａ 分别为蒸发 段与冷凝 段 的传热 面积 Ａ 当 ＪＡ ＞ｈＡ ，口ＪＡ／ ＪＡ ）＞１时 ， （， ｉ 。 ｈ＾ 且 ｉ 。（ｌ ＾ ｌ 。 ｌ 。 ｉ ＾ 有 ｔ
其 冷 凝段 管壁 升 温 减 慢 ， 加 热 段 出 口的平 衡 温 且
解 得 ｔＩ）＾ ） （ ＋｜ ｔ＋ ／ １ ｌ ｝ ）
设 ｔ Ｉ ４ ｔ Ｉ５ ０ ｏ ｔ １ ０ ｏ 则 ｋ＝ ０ｏ ＾ ０ Ｉ ２ Ｃ， Ｃ， Ｃ，
度 降低．
Ｉ０ ６
１０ ． ．８ 由此 知 ， 只要 使 Ａ ＾＾ ≥１０ ， 可 ／（ Ａ ） ． ８ 就 以保 证 热管 内工 质温 度 ｔ小 于 ２０ｏ 从 而使 热 ４ Ｃ， 管 内工 质 的饱 和蒸 汽压 低 于 ３ 大 气压． ４个 在设 计 中 ， 取蒸 发 段 与 冷 凝 段 的 的迎 风 宽 度
脉动热管的应用
脉动热管用于空调系统排风余热(冷)回收初探 东华大学 韩洪达 杨洪海 尹世永 周亚素 甘长德 摘要：分析了现有热管换热器在空调系统排风余热回收中的应用特点及问题。对新型脉动热管应用于空调系统排风余热回收进行了初步试验,结果表明该新型装置可以启动运行,并回收热量,但效率较低,需要进一步改进结构。 关键词：脉动热管 空调系统 余热回收 可行性 在建筑物的空调负荷中,新风负荷一般占20%~30%[1]。利用排风中的余冷或余热来处理新风,可以减少处理新风所需的能量,提高空调系统的经济性。另一方面,室内空气质量(IAQ)也越来越受重视。使用排风热回收装置,可以在节能的同时增加室内的新风量,提高室内空气质量。随着《公共建筑节能设计标准》(GB 50189—2005)[2]的实施,回收空调系统排风能量成为了一种重要的建筑节能途径。 热管由于具有传热系数大、热传递速度快、温降小、结构简单和易控制等特点,近年来在空调余热回收系统中得到了广泛应用[3-11]。本文在分析现有热管换热器在空调系统排风余热回收中应用的特点及问题的基础上,介绍一种新型脉动热管,并对其在空调系统排风余热回收中的应用作了尝试性研究。 1·现有热管换热器在空调系统排风余热回收中的应用特点及问题分析 热管换热器有三种不同形式:重力式[3-4]、分离式[5-6]及毛细热管式[7-10]。 重力式热管换热器技术成熟,使用最为普遍。但是,重力式热管的工作原理要求冷凝段的安装位置必须高于蒸发段,适合于冷源在上、热源在下的场合。由于夏季室外新风温度高、室内排风温度低,而冬季情况正好相反,因此重力式热管换热器需要在冬夏两季都使用时,需随季节转换交替更换进、排风口相对于热管的位置,存在换季需换向的麻烦[11]。 分离式热管换热器是在重力式热管换热器基础上改进而成的。在空间布局上可根据需要灵活地布置热管的蒸发段和冷凝段,可实现远距离传输热量;冷、热源完全隔离,不存在相互污染,与重力式热管换热器相比具有更强的工程适应性。但是,分离式热管的工作原理仍然要求冷凝段的安装位置必须高于蒸发段。 毛细热管式换热器主要依靠吸液芯的毛细作用来传递热量,因而其布置形式比较灵活,既可以竖直安装,又可以水平安装。竖直安装时,冷凝段布置在蒸发段的上方或下方或一样高都不会影响其运行性能。但是,毛细热管式换热器具有结构复杂、成本较高的缺点,限制了其推广应用。 2·脉动热管技术及其特点分析 脉动热管作为热管家族的新成员,具有结构简单、传热性能好、能随意弯曲等优点,近年来得到了越来越广泛的研究,其应用领域不断扩大[12-17]。图1为脉动热管的结构示意图,它由一根细长的金属圆管(直径1~5 mm)弯曲而成。脉动热管的运行原理和传热特性与传统热管有很大的不同。由于其通道很细,在表面张力的作用下,通道中将随机形成许多长度不等的液塞和气塞,在热作用下,气、液塞在加热段和冷却段之间作一种不稳定的、方向随机的脉动流动,从而实现热传递。 脉动热管内部无需吸液芯材料,因而结构简单。更为可贵的是,对脉动热管的结构和设计参数进行优化后,其运行性能基本不受重力的影响,因此它可以在微(无)重力场、反重力场等场合下良好运行。这就意味着经过合理设计的脉动热管,可以按照现场需要灵活布置,既可以竖直安装(冷凝端布置在蒸发端的上方或下方),也可以水平安装,还可以任意弯曲形状以适应环境需要[12,14,18]。将它应用于空调系统的排风余热回收,既可保持现有重力式热管及分离式热管换热器的优点,还解决了这两种热管换热器换季需换向的问题。 3·脉动热管应用于空调系统排风余热回收的初步实验研究及结果分析 图2为笔者设计的脉动热管式空调排风余热回收装置实验台示意图。热回收装置外部尺寸540 mm×490 mm×240 mm,传热部分由若干组(每组含较多弯头)脉动热管组成,以R134a为工作介质,充液率为50%。作为初步实验,本文研究安装角度为10°且采用底部加热方式的装置的运行性能。实验在实验室内进行,人工模拟空调房间的进、排风温度条件。
临涣焦化有限公司焦炉上升管荒煤气余热利用方案
（3）消除关键取热部件上的膨胀应力：上升管每个操作周期温度变化从200～1100℃左右，温差大，对设备材质损害大，特别是取热部件径向热胀冷缩量达50mm，在高温下极易损坏。
三．示范工程应用情况及效益指标示范工程应用情况
临涣焦化有限公司焦炉上升管荒煤气余热利用方案
炼焦生产是典型的能源再加工和热能的再回收利用过程，焦炭和炼焦煤气是其主要的能源产品。在焦炭生产过程中，配合煤在焦炉中被隔绝空气加热干馏，生成焦炭的同时产生大量的荒煤气。从炼焦生产过程热平衡分布看，从焦炉炭化室推出的950℃～1050℃红焦带出的显热（高温余热）占焦炉支出热的37％，650℃～750℃焦炉荒煤气带出热（中温余热）占焦炉支出热的36％，180℃～230℃焦炉烟道废气带出热（低温余热）占焦炉支出热的16％，炉体表面热损失（低温余热）占焦炉支出热的11％。在占焦炉支出热最多的两项中，对焦炭带出的显热．目前已有成熟的干熄焦装置回收并发电，而对焦化荒煤气带出的显热，虽然从上世纪70年代末期国内就开始回收尝试，但至今未形成成熟、可靠、高效的回收利用技术。
5）分离式热管荒煤气余热回收方案
本方案应用分离式热管技术回收焦炉荒煤气余热，从炭化室出来的700℃左右的荒煤气进入上升管，通过辐射换热将热量传给碳钢-水热管，温度降至500℃左右离开上升管，上升管内的数根热管吸收辐射热，热管内的水蒸发成蒸汽，沿热管上升至上联箱汇集，然后一起通过汽水上升管送入汽包进行汽水分离，满足用户需求。给水通过下降管送入下联箱，分配给各个热管。本方案优点：采用分离式热管，布置方便，通过提高产汽压力，可以保证热管壁温在荒煤气焦油露点之上，不会产生结焦问题；分离式热管同高温热管一样，即使热管破坏，水蒸汽量小，不会像水夹套那样导致整个汽包中的汽水混合物漏入炭化室，不会造成安全事故，能够保证焦炉的安全运行。此外，造价相对较低，经济合理。本方案缺点：由于要防止荒煤气结焦，必须提高热管管壁温度和热管管内工作温度，这就必须提高热管管内蒸汽压力，而碳钢-水热管最高工作温度和承压能力都有一定限制，因此对于热管安全运行提出的条件较高。
热管在核电工程中的应用
第31卷第1期原子能科学技术V o l.31,N o.1 1997年1月A tom ic Energy Science and T echno logy Jan.1997热管在核电工程中的应用张光玉 张 红 涂善东 庄 骏(南京化工大学热管技术研究所,210009)概述了热管在空间核电源、核废料冷却、事故条件下安全壳的保护等方面的应用情况,并提出了将热管应用于核电工程中的蒸汽发生器。
介绍了国内外针对这些应用所进行的开发研究工作。
已有的研究工作表明:根据不同的温度范围选择适当的热管壳体材料、工作介质和吸液芯结构,经过仔细的设计、必要的实验和精良的制作,热管性能可以满足核电工程技术要求并能达到实用化程度。
关键词 热管 空间核电源 核废料冷却 安全壳保护 蒸汽发生器热管是60年代中期出现的1种高效传热元件,当时它是为解决空间飞行器内电子设备的散热及发展空间核电源而研制的。
由于热管本身具有许多独特性能,在核电工程中的应用构想不断出现,其中有些已获得实际应用,有些正在进行开发研究。
本文将就热管在核电工程中的应用作一概要综述,并对所提出的热管在核电工程蒸汽发生器中的应用予以简述。
1 基本原理和特性典型的热管结构示于图1。
它是1个抽成真空后充以一定量工作介质的密封装置,内壁上有1层毛细吸液芯。
热管一端(蒸发段)被加热时,内部的工质吸热汽化,在微小压差驱动下,蒸汽流向另一端(冷凝段)运动并冷凝放热。
冷凝液在毛细力或重力、离心力、电磁力等作用下流回蒸发段再次受热汽化。
如此形成热管的工作循环[1,2]。
热管靠工质的相变传热,具有很强的传热能力。
以液态金属作介质的高温热管,其轴向热通量[1]可达15k W c m2,甚至更高。
热管传热具有下述优点:1)良好的等温性热管表面温度由其内部通道中工质温度的分布决定。
管中整个蒸汽通道通常是高度等温的,且与管子的形状和尺寸无关。
管壁和吸液芯(及冷凝液膜)的厚度通常不大,温降很小,实际上管壁表面也是等温的。
浅谈热管技术在数据中心空调系统中的应用
浅谈热管技术在数据中心空调系统中的应用作者：王强卢桂生瞿安东凌云胡海来源：《中国信息化》2024年第01期随着信息技术的不断发展，数字经济在社会上各领域的研究都有所延伸，社会各领域对数据资源的存储和相关应用的程度越来越加深，大数据和云计算、云智算、AI等新一代信息产业进入快速发展，数据中心建设也迎来了高速发展。
特别是2022年2 月 17 日发改委等部门联合印发通知，国家重大战略部署的“东数西算”工程正式全面启动，将建设 8 个国家算力枢纽节点，规划 10 个数据中心集群，共规划400万架。
当前数据中心的低光电化学性、高发热量的现象，严重制约着机房装机密度的提高。
对于突破当前数据中心的空气散热和节能二大瓶颈，研发人员已经提供了解决办法。
其中，双热管多联技术是一个有效的散热能力方式，也对数据中心的能源成本提出了一种可行的解决办法。
采用热管+背板空调不但可以提高室内机械的空间利用率，容纳更多的机柜，减少数据中心占地面积，更有利于进一步利用好自然冷源，降低运行成本。
在物理学中，热传递共有三种方式，分别是辐射、对流和传导。
而其中热传导是热传递速度最快的方式。
热管就是利用热传导原理，与有温差的介质快速进行热传递的性质，通过热管将物体的热量传递到另一端。
热管除了传热性高外，还有均温性好、可变热流密度及良好的恒温性等特点。
热管是由工作介质为循环驱动力的相变传热，具有传热距离远、传热密度大、等温性好、结构紧凑特点，并可以抑制结露的腐蚀，又有能量小、稳定性好、维护成本低等优点。
其工作原理如图1所示。
热管技术是充分利用了冷却介质的快速热传导特性，利用介质的相变变化使导热物质的热能快速地传导到真空管的中冷段，有很大的导热能，采用温度差与高度差实现热量传递。
液态工料从蒸发器内吸取热能，并携带热能运动到冷凝器，将热能输送给冷凝器后再冷凝为液态，在自重作用下流回蒸发器内继续吸热，并进行热能传递。
热管的工质要考虑温度因素、相容性因素、物性因素、安全和经济性因素等，常采用环保型制冷剂R134a，其标准沸点为-26.5℃，气化潜热大、比定压热容大、具有较好制冷能力。
基于管排组合的分离式热管换热器的数值模拟
ｉ ｕ ｎ ｅ ｏ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｏ ａ ｏ ｎ ．Ｔ ｅｓｍｕａ ｉｎ ｒ ｓ ｌ ｇ ｅ ｏ ｔｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｔ ｒ ｎ ｆｒ ａ ｄ ｄ ｍｏ ｓ ａ ｅｔ ｅ ｃ ｎ ｌ ｓ ｎ ｌ ｆ ｎ ｅ ｃ ｎ ｐ ｅ ｓ ｒ ｒ ｐ Ｗ ｆｕ ｄ ｈ ｉ ｌｔ ｅ ｕ ｔ ａ ｒ ｅｔ ｈ ｈ ｏｙ ｏ ｈ ａ ａ ｓ ， ｓ ｏ ｓ ｆ ｔ ｅ ｎ ｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｏ ｃｕ ｉ ｓ ｒ ｏ
中 图分 类 号 ： Ｔ １２ ４ Ｋ ７ ． 文献 标 识 码 ： Ａ ｄ ｉ１ ．９ ９ｊｉ ｎ １０ ０ ２ ．０ １０ ．１ ｏ： ３６ ／．ｓ ．０ ５— ３９ ２ １ ．７０ ９ ０ ｓ
Ｎｕ ｅ ｉａ ｍｕｌ ｔｏ ｆ ｒ Ｓ ｐａ ａ ｅ Ｔｙ ａ ｐｅ Ｅｘ ｈ ｇ ｒ ｍ ｒｃ ｌＳｉ ａ ｎ ｏ ｅ ｒ ｔ ｐｅ Ｈｅ ｔＰｉ ｃ ａｎ ｅ ｉ
１ 前 言
迎风面第一排管 内工质温度不宜过高 ， 温度高则 相应 的工质压 力 就 大 ， 到 一 定 程度 就 会 产 生 爆 大 管现象 ； 末排管壁温度应在露点温度 以上 ， 否则硫 酸蒸 汽将 会在 管壁 凝结 ， 而腐蚀 管 壁 ， 就是 所 从 这 谓 的低 温腐蚀 。为 了进 一 步研究 这种 分离 式热 管
组合方 案下的温度分布 、 度分布和压力分 布 图， 速 发现 了管排 组合主 要影 响传 热能 力和温 度分布 而对压 力降 的影 响很 小 。模 拟结 果与传热理论相符 ， 并且 印证 了理论计算 的结 论 ， ： 单对 单 ” 即 “ 方案 热 回收量 最大 ， 但安 全效果 不好 ； 整 体 “ 对整体 ” 方案 的安全效果好 ， 但热 回收量最小 ； 混合 ” “ 方案能同时满足安全效果和较大 的热 回收量 ， 效果最优 。 关键词 ： 分离式热管 ； 管排组合 ； 温腐 蚀 ； 低 数值模拟
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
参考文献
1易于合理布置蒸发段和冷凝段，利于实现换热器的大型化 2可实现一种流体和多种流体的同时换热，即一个蒸发段可以匹配几个 冷凝段，或多个蒸发段共用一个冷凝段 3加热段与冷却段的位置与尺寸有充分的自由度, 尤其适合于工业换热与余热回收, 为换热设备的优化创造良好的条件 4冷、热流体间可绝对分隔，完全无互混，为易燃易爆流体的预热提供了安全可靠 的热交换途径 5便于冷、热流体的远程换热。将蒸发段和冷凝段分别布置在工艺流程
实用新型专利 背景：在含尘烟气余热利用过程中，热管积灰是普遍存在的问题，对于 含尘量大的废气的余热回收需考虑除灰问题。积灰增加了受热面传热阻 力，降低了设备的传热效率，还可能减少流体的通道面积，增加流动阻 力，影响烟气产生装置的正常运行，降低了换热表面温度，造成低温露 点腐蚀。 本实用新型公开了一种分离式热管换热器， 包括蒸发段、气导管、凝结段组件和液导管，蒸发 段与凝结段组件两端分别由气导管和液导管连接 形成密闭循环连通系统，蒸发段为单管热管或多 管热管，蒸发段为可旋转结构。本实用新型通过蒸 发段的旋转，一方面提高了热管与流体间的相对 速度，可以提高传热能力，另一方面可以甩掉附着 于传热面上的粉尘，以达到除灰的效果。同时，采 用蒸发段和凝结段分离的结构，一方面方便设备 布置，另一方面有利于换热介质循环，可以提高换 热效果。本实用新型适用于含尘烟气余热的利用。 :1一单管热管，2一翅片，3一蒸发段，4一气导管旋转接头，5一气导管， 6一上联箱，7一换热管，8一下联箱，9一凝结段组件，10一液导管，11 一液导管旋转接头
传热特性研究
分离式热管的启动特性实验 条件——蒸发段竖直，充液率为90%，冷热端热平衡 参数选择：1kW/m2、2kW/m2、3kW/m2、4kW/m2、5kW/m2
热管蒸发段充液率的确定
倾角对蒸发段传热的影响 条件：在充液率90%，工作温度40℃，热流密度2kW/m2
由图3-7看出，图中五条曲线完全重合，轴向各点上下壁温相同，这说明在 实验参数范围内倾角对蒸发段管壁轴向温度的大小和分布没有影响，从而说明在实验参 数范围内倾角对蒸发段传热特性几乎没有影响。 实验过程中还发现，尽管倾角减小到10°，上壁并没有出现间歇性干涸点， 出口处并未发生温度飞升。这是因为热管内径只有14mm，空间结构本身决定了管内难 以发生分层流，另一方面充液量足够，整个管壁得到良好润湿。
热管——凭借封闭管内的工作介质反复发生相变( 蒸发、冷凝)而进行热量传 递的一种高效传热元件
热管的优点：1）高效的导热性（利用分子相变） 金属（分子的热运动） 2 ）恒温性。热管表面的温度是由蒸汽温度控制的 3) 优良的热响应性。热管的启动温差( 蒸发段温度与冷凝段温度之差) 很 小 4) 热管的结构简单、重量轻、体积小
不同热流密度下蒸发段管内的流型
蒸发段倾角对流动特性的影响
垂直布置蒸 可以观察到 蒸汽进入蒸 逐步转变为 液滴飞溅的 个壁面的湿 干涸点 降低了液滴 下降液膜因 定干涸区
蒸发段的倾斜角度减小到35°时，管内工 质流动不对称的特点已非常明显。 脉冲对流周期性地推动工质向出口流动， 回流液体大部分沿下壁返回,上壁始终 保持湿润
热流密度对流动特性的影响
（1）热流密度较低时，有明显的弹状流，流体振荡较剧烈 弹状流转变为泡状流，流体振荡减弱，流动趋于稳定 带液滴脱离主流，向上飞溅，撞击壁面，破碎后形成液膜 （2）在保证蒸发段出口干度一定的情况下，沿蒸发段自下 单相液流、泡状流、飞溅降膜流和汽雾流，四种流型所占 同而有所变化； （3）在飞溅降膜区内，飞溅频率与热流密度有关 频率增加，达到某一临界值后，趋于稳定值； （4）飞溅降膜所形成的液膜具有时间上的不稳定性和空间
对分离热管倾斜蒸发段的换热特性进行了实验研究，实验发现： 分离式热管蒸发段在倾角0～90°范围内均存在浪涌沸腾现象，换热系数先随倾角 的增大而急剧增加，从4°以后增加趋势变得缓慢，在倾角为16～18°时换热系数 达到最大值，19°以后换热系数有所下降，但在4～30°之间，换热系数随倾角的 变化幅度不大。
随着空气流量的增加, 分离式热管冷凝换热系数增加. 这是因为随着空气流 量的增加, 管外空气的对流换热增加, 空气对冷凝段的冷却增强, 使蒸气的 饱和温度和管内内壁温度之差减少, 结果使冷凝换热系数增加.
试验结果表明, 充液率对冷凝换热影响较大. 在同一介质 压力下, 在相同冷却条件下, 有一最佳充液量使其冷凝换 热系数最大, 其值为45% 左右.
工作介质压力对冷凝换热的影响 在同一充液率下, 冷却条件相同, 通过改变输入电功率, 使工作介质 的压力变化, 可测得介质压力对冷凝换热的影响, 试验结果如图4 所 示. 由试验知,随着压力的增加, 冷凝换热系数略有减少. 主要是随着 工作压力的升高, 蒸气密度增加, 蒸气流速相对减少, 对液膜的扰动 减弱, 液膜厚度增加, 使换热系数减少. 但换热系数减少量相对其冷 凝换热系数本身而言不大. 如蒸气压力从0. 13MPa 增加到0. 36MPa, 压力增加了2. 7 倍, 但冷凝换热系数仅降低9. 5% . 试验结果还表明, 在不同充液率下, 分离式热管内工作压力对冷凝换热系数的影响 趋势相同.