王金平

摘 要：熱管是一種依靠管內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)，凝結和循環(huán)流動而傳遞熱量的部件。由熱管元件組成的，利用熱管原理實現(xiàn)熱交換的換熱器稱之為熱管換熱器。熱管換熱器最大的特點是：結構簡單，傳熱效率高、動力消耗小。其越來越受到人們的重視，是一種應用前景非常好的換熱設備。目前，它被廣泛應用于動力、化工、冶金、電力、計算機等領域。本文淺談熱管換熱器的發(fā)展現(xiàn)狀、應用。

關鍵詞：熱管;熱管熱交換器;設計計算

一、熱管的現(xiàn)狀

在眾多的傳熱元件中，熱管是人們所知的最有效的傳熱元件之一，它可將大量熱量通過其很小的截面積遠距離地傳輸而無需外加動力。

我國自70年代開始，開展了熱管的傳熱性能研究以及熱管在電子器件冷卻器及空間飛行器方面的應用研究。由于碳鋼-水兩相閉式熱虹吸管的結構簡單、價格低廉、制造方便，易于在工業(yè)中推廣應用，碳鋼-水相容性的基本解決，使得此類熱管的已廣泛的應用，我國的熱管技術工業(yè)化應用的開發(fā)研究發(fā)展迅速。

二、熱管及其應用

熱管構造的四要素是：1.工質(zhì)或工作流體;2.管芯或毛細結構;3.管殼;4.翅片。熱管工作的主要任務是從加熱段吸收熱量，通過內(nèi)部相變傳熱過程，把熱量輸送到冷卻段，從而實現(xiàn)熱量轉移。

三、熱管換熱器及氣-氣換熱器

熱管式換熱器是一種新型的換熱器，于70年代初開始應用于工業(yè)中作為節(jié)能設備。雖然熱管換熱器在工業(yè)中應用時間不長，但發(fā)展速度很快。熱管換熱器最大的特點是：結構簡單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器，換熱流體通過換熱器時的壓力損失也比其他換熱器小，因而動力消耗也小。熱管換熱器的這些特點正越來越受到人們的重視，是一種應用前景非常好的換熱設備。

熱管氣-氣換熱器是目前應用最為廣泛的一種余熱回收設備，它利用鍋爐、加熱爐等排煙余熱預熱爐內(nèi)的助燃空氣，不僅可提高爐子的熱效率，還可以減輕對環(huán)境的污染，因此，熱管氣-氣換熱器在余熱回收利用中得到非常廣泛的應用。

傳統(tǒng)的氣-氣換熱器的缺點是笨重，愈提高煙氣冷卻程度或者空氣的加熱溫度，氣-氣換熱器就愈加笨重。氣-氣換熱器所排出的煙氣的溫度也受到限制，既決定于技術經(jīng)濟條件，也決定于必須避免在氣-氣換熱器的金屬表面上結成水滴，因為水滴會引起金屬壁的腐蝕，灰分也會粘在濕金屬壁上使之加速積垢。燃料中含硫越多，在金屬壁上結成的水的就會越危險。從氣-氣換熱器中排出的容許溫度決定于必須使金屬壁溫度高于煙氣露點的條件。

采用熱管氣-氣換熱器能夠把排出煙氣時帶走的熱量損失減少到能夠允許的程度，每當使排出的煙氣溫度降低20℃，鍋爐整體效率可提高約1%。此外熱管氣-氣換熱器能使爐膛中前部煙道中的煙氣溫度有某些提高。在這些地方，煙氣與水或蒸汽的溫度差將會增加，因而經(jīng)過受熱面?zhèn)鬟^的熱量也就增加了。輻射傳遞的熱量增加尤為顯著。

由于水-碳鋼熱管的研制成功，使得氣-氣熱管換熱器的制造成本大幅減低，從而促進了熱管氣-氣換熱器的工業(yè)化應用。熱管氣-氣換熱器綜合起來有如下一些特點：

1.傳熱性能高。由于熱管氣-氣換熱器的加熱段和冷凝段都帶有翅片，大大展了換熱表面，因此，其傳熱系數(shù)比普通的光管氣-氣換熱器的要大好多倍;

2.對數(shù)平均溫差大。由于熱管氣-氣換熱器可以方便地做到冷流體與熱流體的純逆向流動，這樣在相同的進、出口溫度條件下，就可以產(chǎn)生最大的對數(shù)平均溫差;

3.傳熱量大。由于熱管氣-氣換熱器的傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差大，因此，傳熱量就大;

4.體積小、重量輕、結構緊湊。由于熱管氣-氣換熱器所傳輸?shù)臒崃看?，因此在傳輸同樣的熱量的情況下，熱管氣-氣換熱器就顯得體積小、重量輕、結構緊湊，因而金屬的消耗量小，占地面積就大大減少。熱管氣-氣換熱器這一獨特的優(yōu)點就使得在余熱回收等應用領域開辟了廣闊的天地;

5.便于拆裝、檢查和更換。熱管氣-氣換熱器是由許多根獨立的換熱元件-熱管按照著一定的排列方式組成的。因此更換部分熱管不會影響熱管氣-氣換熱器整體的正常工作;

6.熱管氣-氣換熱器具有很大靈活性，可以根據(jù)不同的熱負荷和氣體的流量將幾個熱管氣-氣換熱器串聯(lián)或并聯(lián)起來使用;

7.明顯的提高了金屬壁溫，減輕了低溫腐蝕;

8.有效地防止了漏風，降低了引風機的耗電量;

9.增強了換熱能力，余熱回收率高，提高了鍋爐熱效率;

10.明顯的減輕了受熱面積灰，不會出現(xiàn)堵煙現(xiàn)象而影響鍋爐正常運行;

11.流阻小，降低了換熱器運行時動力消耗。

總之，熱管氣-氣換熱器與管殼式預熱器相比，有很多優(yōu)點，主要體現(xiàn)在傳熱性能好、結構簡單、緊湊、投資小、運行費用低和流阻小等方面。熱管氣-氣換熱器的技術優(yōu)勢就在于利用了熱管內(nèi)部工質(zhì)的相變傳熱，換熱系數(shù)大，易于控制空氣及煙氣出口溫度。

參考文獻：

[1] Zhang jie，Ren Yan，Zhang Lihong，Liang Huimin.Analysis of ?Infuencing Factors of Heat Transfer Performance of Heat Pipe Exchanger[J].Energy and Enviroment Technology，2009：37-40.

[2]董其伍，張等.換熱器[M].北京：化學工業(yè)出版社（第一版），2009：349-351.

[3]董大勤，袁鳳隱.壓力容器設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[4]秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.364-364.

[5]秦叔經(jīng)，葉文邦.換熱器[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003.364-364. ?44∕44.

[6]刁玉瑋，王立業(yè)，喻健良.化工設備機械基礎[M].大連：大連理工大學出版社（第六版），2006：311.

[7]莊俊，張紅.熱管技術及其工程應用[M].北京：化學工業(yè)出版社（第一版），2000：132-133.