熱3018熱管余熱回收裝置的試驗(yàn)研究

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1、編號(hào)：熱3018熱管余熱回收裝置的試驗(yàn)研究辛明道陳遠(yuǎn)國(guó)謝歡德高明聰雷亨順童明偉石程名黃正旭重慶大學(xué)熱力工程系工程熱物理研究室中國(guó)工程熱物理學(xué)會(huì)第一屆熱管會(huì)議傳熱傳質(zhì)學(xué)會(huì)一九八三年八月熱管余熱回收裝置的試驗(yàn)研究辛明道陳遠(yuǎn)國(guó)謝歡德高明聰雷亨順童明偉石程名黃正旭重慶大學(xué)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(jié)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(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼一水熱管內(nèi)加緩蝕劑，鋼管內(nèi)表面鍍銅和表面鈍化處理，均可以在實(shí)踐中試用，特別是加緩蝕劑的措施十分簡(jiǎn)便，性

2、能穩(wěn)定良好。簡(jiǎn)介余熱回收熱管空氣預(yù)熱器的熱設(shè)計(jì)程序、計(jì)算方法和工業(yè)性應(yīng)用。代用符號(hào)a導(dǎo)溫系數(shù)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(dòng)阻力系數(shù)R1熱流體側(cè)對(duì)流熱阻F面積R2熱管蒸發(fā)段管壁導(dǎo)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(jié)段凝結(jié)熱阻L熱管長(zhǎng)度R5熱管凝結(jié)段管壁導(dǎo)熱熱阻m=R6冷流體側(cè)對(duì)流熱阻N熱管總數(shù)Rc,r凝結(jié)段徑向熱阻NL排數(shù)Re,r蒸發(fā)段徑向熱阻NT每排熱管數(shù)Ri熱管內(nèi)熱阻△P流動(dòng)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(biāo)△t換熱器進(jìn)，出口溫

3、差’進(jìn)口△T溫差”出口V流速Re=Vmaxd0/vV容積流量Nu=αd0/λ下標(biāo)Pr=v/aa絕熱段α換熱系數(shù)c凝結(jié)段δ壁厚e蒸發(fā)段ε肋化系數(shù)f肋片η肋效率i內(nèi)θ熱管與水平方向的夾角o外，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)θv熱管與垂直方向的夾角con導(dǎo)熱λ導(dǎo)熱系數(shù)m平均ν運(yùn)動(dòng)粘度v蒸汽ρ密度w管壁τ時(shí)間1熱流體充液率2冷流體φ污染系數(shù)max最大值ψ氣流阻斷系數(shù)一、前言余熱利用已成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中節(jié)省能源、提高燃料利用系數(shù)的最重要途徑之一。在各種可能的余熱利用方案中，預(yù)熱進(jìn)爐膛的空氣，產(chǎn)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，用熱管和兩相閉式熱虹吸

4、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(diǎn)。尤其是近年來(lái)，水一鋼熱管相容性問(wèn)題的近于解決，使熱管換熱器成本大幅度地降低，可以說(shuō)是熱管應(yīng)用中的一個(gè)大突破，為各工業(yè)部門廣泛推廣應(yīng)用熱管技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。重慶大學(xué)工程熱物理研究室熱管科研組自1977年以來(lái)，對(duì)熱管余熱回收裝置，特別是對(duì)用作傳熱元件的熱管傳輸性能和熱管材料的相容性問(wèn)題進(jìn)行了試驗(yàn)研究，做過(guò)各種可能的探索。在熱管結(jié)構(gòu)形式上包括絲網(wǎng)干道，軸向槽道的重力輔助熱管和兩相閉式熱虹吸管（即重力熱管）；在熱管工

5、作流體上主要采用蒸餾水，也試驗(yàn)過(guò)硫熱管；在管體結(jié)構(gòu)材料上包括銅管、銅——鋼復(fù)合管和低碳鋼管。先后同蘭州煉油廠和蘭州石油機(jī)械研究所，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)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(jù)這些單位的要求完成熱管余熱回收裝置的有關(guān)試驗(yàn)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(zhǎng)水一銅重力輔助熱管的傳熱性能根據(jù)對(duì)蘭煉廠加熱爐空氣預(yù)熱器的初步設(shè)計(jì)，合作協(xié)議要求提供1500mm長(zhǎng)、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(shè)計(jì)依據(jù)，熱管要適應(yīng)水平略微傾斜和豎直放置兩種可能性。試驗(yàn)樣件

6、之一的條件如下：紫銅管殼φ25×2，加熱段長(zhǎng)Le=900mm,Lc=500mm,La=100mm,凝結(jié)段管外為鋁合金繞制肋片，hf=12.5mm,sf=2.3mm,δf=0.3mm。熱管內(nèi)有軸向絲網(wǎng)干道吸液芯，蒸發(fā)段放置2×100目銅網(wǎng)作徑向傳輸，試驗(yàn)熱管結(jié)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)裝置見圖1和圖2。熱電偶1到5用來(lái)測(cè)量蒸發(fā)段外管壁溫度，放入導(dǎo)管內(nèi)的鎧裝熱電偶6、7用來(lái)測(cè)量蒸汽的溫度，熱電偶8-10測(cè)量凝結(jié)段外壁溫度。熱管采用單級(jí)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，當(dāng)熱管水平放置或傾角不大時(shí)，充液率

7、大于40%時(shí)出現(xiàn)周期性的沖擊聲和伴隨著的機(jī)械振動(dòng)。熱管與水平方向傾角θ對(duì)傳輸最大功率的影響由圖3上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示出來(lái)。當(dāng)θ=0時(shí)，最大傳輸功率（毛細(xì)極限）Qmax=500瓦，但θ≥3°時(shí)，則Qmax≥3千瓦。當(dāng)θ大于約20°后，熱管內(nèi)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)物失去作用，這時(shí)熱管蒸發(fā)段和凝結(jié)段的徑向溫差亦無(wú)明顯變化，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比如下：θ，%Q，瓦△te,con,℃△tc,con,℃3°3222407.18.490°3218806.16.2為簡(jiǎn)化熱管加工工藝，凡屬放置方式容許，應(yīng)當(dāng)采用重力熱管（兩相閉式熱虹吸。）熱管蒸發(fā)段和凝結(jié)段的管外壁溫度（twe,twc）和工作蒸汽溫度tv

8、隨傳輸功率的變化關(guān)系表示