熱3018熱管余熱回收裝置的試驗研究

熱3018熱管余熱回收裝置的試驗研究

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1、編號:熱3018熱管余熱回收裝置的試驗研究辛明道陳遠國謝歡德高明聰雷亨順童明偉石程名黃正旭重慶大學熱力工程系工程熱物理研究室中國工程熱物理學會第一屆熱管會議傳熱傳質學會一九八三年八月熱管余熱回收裝置的試驗研究辛明道陳遠國謝歡德高明聰雷亨順童明偉石程名黃正旭重慶大學工程熱物理研究室提要本文論述余熱回收裝置中采用熱管和兩相閉式熱虹吸管作傳熱元件的傳輸性能,包括最大傳輸功率,蒸發(fā)和凝結段的徑向熱阻,熱管傾角和充液率的影響,以及低碳鋼一水熱管相容性試驗。試驗結果表明,鋼一水熱管內加緩蝕劑,鋼管內表面鍍銅和表面鈍化處理,均可以在實踐中試用,特別是加緩蝕劑的措施十分簡

2、便,性能穩(wěn)定良好。簡介余熱回收熱管空氣預熱器的熱設計程序、計算方法和工業(yè)性應用。代用符號a導溫系數Q傳熱率B換熱器寬度Q1每支熱管的平均傳熱率CP定壓比熱r半徑d直徑R單支熱管總熱阻f流動阻力系數R1熱流體側對流熱阻F面積R2熱管蒸發(fā)段管壁導熱熱阻g重力加速度R3熱管蒸發(fā)段沸騰熱阻hf肋高R4熱管凝結段凝結熱阻L熱管長度R5熱管凝結段管壁導熱熱阻m=R6冷流體側對流熱阻N熱管總數Rc,r凝結段徑向熱阻NL排數Re,r蒸發(fā)段徑向熱阻NT每排熱管數Ri熱管內熱阻△P流動壓力損失ST管簇橫向間距q熱流密度SL管簇縱向間距t,T溫度min最小值tf室溫上標△t換熱

3、器進,出口溫差’進口△T溫差”出口V流速Re=Vmaxd0/vV容積流量Nu=αd0/λ下標Pr=v/aa絕熱段α換熱系數c凝結段δ壁厚e蒸發(fā)段ε肋化系數f肋片η肋效率i內θ熱管與水平方向的夾角o外,標準狀態(tài)θv熱管與垂直方向的夾角con導熱λ導熱系數m平均ν運動粘度v蒸汽ρ密度w管壁τ時間1熱流體充液率2冷流體φ污染系數max最大值ψ氣流阻斷系數一、前言余熱利用已成為我國國民經濟發(fā)展中節(jié)省能源、提高燃料利用系數的最重要途徑之一。在各種可能的余熱利用方案中,預熱進爐膛的空氣,產生熱水或蒸汽,即是余熱的直接利用通常是最為有效。就采用煙氣一空氣熱交換而言,用熱

4、管和兩相閉式熱虹吸管作傳熱元件的肋片式換熱器,是一種高效能換熱器,優(yōu)越性是明顯的。這種熱管換熱器和普通的氣一氣管式換熱器比較,具有體積小、重量輕、傳熱功率大、流阻低等許多優(yōu)點。尤其是近年來,水一鋼熱管相容性問題的近于解決,使熱管換熱器成本大幅度地降低,可以說是熱管應用中的一個大突破,為各工業(yè)部門廣泛推廣應用熱管技術奠定了基礎。重慶大學工程熱物理研究室熱管科研組自1977年以來,對熱管余熱回收裝置,特別是對用作傳熱元件的熱管傳輸性能和熱管材料的相容性問題進行了試驗研究,做過各種可能的探索。在熱管結構形式上包括絲網干道,軸向槽道的重力輔助熱管和兩相閉式熱虹吸管

5、(即重力熱管);在熱管工作流體上主要采用蒸餾水,也試驗過硫熱管;在管體結構材料上包括銅管、銅——鋼復合管和低碳鋼管。先后同蘭州煉油廠和蘭州石油機械研究所,重慶鋼鐵設計研究院,重慶玻璃廠,重慶搪瓷廠,都江電廠等簽訂協(xié)議,根據這些單位的要求完成熱管余熱回收裝置的有關試驗研究工作。二、重力輔助熱管和兩相閉式熱虹吸管的傳熱性能1、1500mm長水一銅重力輔助熱管的傳熱性能根據對蘭煉廠加熱爐空氣預熱器的初步設計,合作協(xié)議要求提供1500mm長、傳輸功率不小于3千瓦的水一銅重力輔助熱管的傳熱性能[1、2、3、4],為氣一氣熱管換熱器提供設計依據,熱管要適應水平略微傾斜

6、和豎直放置兩種可能性。試驗樣件之一的條件如下:紫銅管殼φ25×2,加熱段長Le=900mm,Lc=500mm,La=100mm,凝結段管外為鋁合金繞制肋片,hf=12.5mm,sf=2.3mm,δf=0.3mm。熱管內有軸向絲網干道吸液芯,蒸發(fā)段放置2×100目銅網作徑向傳輸,試驗熱管結構和實驗裝置見圖1和圖2。熱電偶1到5用來測量蒸發(fā)段外管壁溫度,放入導管內的鎧裝熱電偶6、7用來測量蒸汽的溫度,熱電偶8-10測量凝結段外壁溫度。熱管采用單級真空泵抽真空和煮沸排氣法制作,得到同樣滿意的效果。充蒸餾水量為蒸發(fā)段容積的百分率,即=25~35%獲得良好的工作性能

7、,當熱管水平放置或傾角不大時,充液率大于40%時出現(xiàn)周期性的沖擊聲和伴隨著的機械振動。熱管與水平方向傾角θ對傳輸最大功率的影響由圖3上的實驗結果表示出來。當θ=0時,最大傳輸功率(毛細極限)Qmax=500瓦,但θ≥3°時,則Qmax≥3千瓦。當θ大于約20°后,熱管內的毛細結構物失去作用,這時熱管蒸發(fā)段和凝結段的徑向溫差亦無明顯變化,試驗數據的對比如下:θ,%Q,瓦△te,con,℃△tc,con,℃3°3222407.18.490°3218806.16.2為簡化熱管加工工藝,凡屬放置方式容許,應當采用重力熱管(兩相閉式熱虹吸。)熱管蒸發(fā)段和凝結段的管外

8、壁溫度(twe,twc)和工作蒸汽溫度tv隨傳輸功率的變化關系表示

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