不锈钢换热管的工作原理介绍

  不锈钢换热管主要应用于航天、电子器件、电机、电器、太阳能的利用、轻工、化工、机械等方面。不锈钢换热管的研究工作和在工业上的应用进展很快。特别在国家号召节能咸排以来，热管在锅炉、窑炉、化肥厂造气炉等节能减排的应用越来越多，在为囯家节能减排起着积极的僬用。热管这个概念和它的工作原理是在1964年首次由美国的洛斯阿拉莫斯科学实验室提出来的。不锈钢换热管是一个能在小的温度梯度下，把热量从一处传递到另一处的高效率的传热元件。它诞生不久就得到广泛的应用和迅速的发展。自1971年以来，乔治·华盛顿大学每年组织一期“热管理论与应用”的硏究班。这个硏究班吸引了众多的工程师和大学教师，使他们有机会了解热管这一技术及其在各方面的应用和发展情况。当前，我国对不锈钢换热管的研究和应用也越来越广泛。在工业热力设备节能减排中，热管换热器的硏究工作发展也很迅湅。各种锅炉和窑炉、化肥厂造气炉等排烟余热回收热管换热器的数量增长很快，不仅在低温（200~30℃）排烟中进行余热回收节能咸排，而且在中温（300~600℃）以及高温排烟中也应用了热管进行余热回收节能减排。在应用中对些关键性技术问题，例如积灰、磨损、腐蚀和减少二氧化碳与二氧化硫的排放等问题，都进行了实验研究，并取得了实验数据和满意的实验结果多年来编著者与王凤兰老师经常到不锈钢换热管制造厂等企业为企业职工举办硏修提高班，为此编著了本书。在编著此书的过程中得到了许多同志的支持和帮助，在此表示谢意。王凤兰老师在编著本书过程中做了大量的工作，对全书逐字、逐句地进行校对修改全书共分为七章，归纳为三部分内容：一是热管的工作原理，热管的构造原理与热管的基本理论；二是热管换热器与热管换热器的设计计算；三是气气式热管换热器、气液式热管换热器与气汽式热管换热器在节能减排中的应用实例和对重力式热管的制造工艺过程进彳了介绍由于时间和编著者本人水平有限，本书难免存在不当之处，敬请读者批评指正。

 随着科学技术的发展，工程需用的设备和仪器等越来越多。其中些设备和仪器是同热能有关的，并且要求能对热能进行输送和转移。因此，把热能高效地从一处输送到另处，或者说把热能高效地从一个物体输送到另一个物体的研究工作，显得越来越重要。尤其是在能源紧张的情况下，这方面的硏究工作不仅重要，而且有着更深远的意义。作为传热元件就其种类来说目前已经不少了，但是作为高效的传热元件，目前确实为数不多。而不锈钢换热管则是一种高效的传热元件，它还具有许多特殊的用途和性能。这一章扼要地叙述热管的基本工作原理及其特点。在叙述热管的工作原理之前，首先介绍一下什么是热管。

一般来说，不锈钢换热管就是把普通的管子（如各种金属管等）抽成真空，注入工作液体，然后封住口，使其能够把热能从其一端输送到另耑。早期对热管概念的叙述是在1962年，特雷费森在向通用电气公司提交的报告中，提出了种可以在宇宙飞船中应用的无动力传热装置。这个装置是由一根空心管组成，其内表面覆盖有一层多孔衬套利用毛细作用引起的连续质量循环，把能量从管子的—端传递弟到另端。这段话不仅是对热管概念的一个深刻描述，而且也是一个发明创造。可是这一发明，由于没有及时用实验来证实，结果被悄悄地放置在公司的档案中。

1964年洛斯阿拉莫斯科学实验室的格罗费等人独立地重新提出了类似以前提出的传热装置，并给它一个新的称呼叫做热管。接着有人给热管下了一个定义：在一个密闭结构中装有若干工质，借助于液体的蒸发、蒸气的输送和冷凝、然后靠毛细作用使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段，用这种办法把热能从结构的一部分传递给另一部分，这样一种结构就构成热管。现在，我们制造的不锈钢换热管，一般都是采用各种密封金属管子的结构，管中装有若干工质，但在装工质以前必须在密封的管子中形成真空，这可采用真空泵抽，或是用煮沸法形成真空。工质在输送热能之前要由液态变为气态，否则是不能输送热能的。工质把热能从热管的一端输送到另一端之后，工质重新冷凝或液态，然后靠毛细作用使冷凝液从冷凝段返回到蒸发段，这对于处在水平工作位置和与水平成很小夹角以及冷凝段在加热段下面的热管来说是必要的。但对处于垂直工作位置的热管或者处于与水平位置夹角比较大的热管来说可以没有毛细结构，这时热管内工质的回流就要靠重力回流了，如图1-1（a）所示。

 目前我国余热利用节能减排中应用的不锈钢换热管大部分是这种热管。虽然没有毛细结构的热管在工质回流和工质回流的均匀性等方面远不如有毛细结构的热管，但是在不锈钢换热管的制造工艺性和热管的制造成本等方面却比有毛细结构的热管要优越得多。图1-1（b）与（a）的不同点是在不锈钢换热管的内壁四周上设有叫作输液芯（也叫吸液芯）的构造，这种热管的工作液体的回流依靠输液芯，工作不受位置的限制。