换热器

　　原理与设计

　　Principle and design of heat exchanger;3.5 热管换热器;其工作原理为:当热管的两端分别被加热(与热流体接触)和冷却(与冷流体接触)时，被加热的一端(称为蒸发段)管中的液体吸热蒸发成为蒸气，蒸气沿管中心通道流向另一端(称为冷凝段)并在此冷凝放出热量，由于多孔管芯毛细作用，冷凝下来的液体又会自动地沿管芯流回蒸发段。如此循环往复，通过工作介质的蒸发、冷凝，将热量由热流体传递至冷流体。热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、操作简单、使用寿命长等优点。 ;热管的传热过程;3.5.2 热管的结构;1 管壳;管芯的结构;3）工作液;4）热管的型式;③ 旋转热管：工作液体的回流依靠离心力的分力作用;热管为什么能工作？ 吸液芯内的凹形液汽界面的形成属于毛细现象，根据力学平衡原理，此时，蒸汽压力大于液体压力，液汽界面两侧存在着压差Δp－－毛细头；

　　对应于毛细孔曲率半径为r的任何弯月面的相间静压差为：

　　Δp=pg-pl=2σcosθ/r

　　pg、pl分别为 汽、液相压力， r—毛细孔半径

　　σ为液汽分界面上的表面张力。 θ—液面接触角;蒸发段有毛细头ΔPe;即在cosθe=1(θe=0°)，cosθc=0(θc=90°)时，ΔPcap：有*大值为：;传递热量的估算

　　根据上述平衡关系式和阻力与工质流量的关系，可估算出工质的循环量，从而计算出每根热管可能传递的热量。

　　一般情况下，蒸气流速不高，蒸气流动阻力 忽略，并设热管为水平放置， =0。液芯内液体的流动阻力可按Darcy给出的公式（达西公式）估算：;（2）工质的压力分布情况

　　a. 蒸汽流动

　　蒸发段：蒸汽通过蒸汽腔向冷凝段移动，与多孔壁注入或吸出的管内流动相似，层流或紊流；蒸发段沿蒸汽流向不断有蒸汽补充加入，是一个加速过程，压力能部分转化为动能；

　　冷凝段：相反，即蒸汽的减速过程，使部分动能回收，使气流方向上压力有所回升。

　　整个蒸汽流动过程，动量变化所引起的压力变化是相抵的，则从蒸发段到冷凝段的蒸汽压差只表现为摩擦阻力Δpg，这一压差较小，其所对应的温差较小；当它所对应的冷热端饱和温度之差小于0.56－1.2oC即近乎等温流动，被认为正常工作， －－热管工况。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。 热管的传热量会受到一定的限制。这种限制完全受流动过程的控制，达到这一极限值时传热量无法再增加，称为“极限”。某些极限达到后，蒸汽的流速不再增加，除非改变工作温度。而对于另一些极限，当其达到后工作流体的循环中断，热管蒸发段局部烧干并出现过热。图2.8所示为热管的传热极限曲线。4) 声速极限 热管管内蒸汽流动，由于惯性力的作用，在蒸发段出口处蒸汽速度可能达到声速或超声速，而出现阻塞现象，这时的*大传热量被称为声速极限；

　　5) 携带极限 当热管中的蒸汽速度足够高时，液汽交界面存在的剪切力可能将吸液芯表面液体撕裂将其带入蒸汽流。这种现象减少了冷凝回流液，限制了传热能力；

　　6) 毛细极限 热管中工作介质的循环靠毛细吸液芯结构与工作液体产生的毛细压头维持，由于毛细结构为循环提供的毛细头是有限的，这将使热管的*大传热量受到限制，这种限制通常称作毛细极限或流体动力极限；

　　7) 冷凝极限 热管*大传热能力可能受到冷凝段冷却能力的限制，不凝性气体的存在将降低冷凝段的冷却效率；

　　8) 沸腾极限 如果径向热流或管壁温度变得非常高，吸液芯中工质的沸腾可能阻碍工作液体的循环而导致沸腾极限。

　　;3.5.5 热管换热器的传热计算;2. 热管元件各传热环节热阻;2. 热管元件各传热环节热阻;环节续;环节续;(2)加热段管壁的导热，热阻R2;(4)蒸发段液体界面的相变换热，热阻R4;(6)凝结段液汽界面的相变换热，热阻R6;(8)凝结段管壁的导热，热阻R8;(10)从蒸发段到冷凝段的轴向导热，热阻R10;3.5.6 热管换热器的流动阻力计算;3.5.7 热管换热器的热管工作安全性校验;Rc;3.5.8 热管换热器的热力设计;为蒸发段换热面的清洁度，取0.8~0.9;垂直两相闭式热虹吸管达携带极限时的*大热流量;3.5.9 热管的应用;1．热管技术在化工及石化领域的应用;2．热管技术在建材及轻纺织工业领域的应用;3．热管技术在冶金工业中的应用;4．热管技术在电力电子领

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