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1、中国矿业大学动力工程系节能原理与技术(6)中国矿业大学机电学院动力工程系韩东太CUMT节能原理与技术中国矿业大学动力工程系6热管及热管换热器6热管及热管换热器中国矿业大学动力工程系6.1热管的基本知识6.1热管的基本知识1936年J.帕金斯热虹吸管重力热管1944年高斯勒:毛细吸液芯概念1962年格罗弗制造出样品:钠-不锈钢-丝网1968年应用卫星仪器温度控制1970年应用范围扩大:电子机械能源动力我国1972年试制成功钠热管用途:冷却新能源开发余热回收传热6.1.1热管的发展与现状中国矿业大学动力工程系6.1热管的基本知识6.1.2热管的结构和工作原理典型的热管结构中国矿业大学动力工程系毛细
2、吸液芯6.1热管的基本知识中国矿业大学动力工程系工作原理热力学角度:液体蒸发蒸汽流动蒸汽凝结液体回流(循环)传热学观点:热量传递经历7个环节流体力学观点:热管两端压差工作液体流动压力降工作蒸汽流动压力降重力作用压力降6.1热管的基本知识中国矿业大学动力工程系6.1热管的基本知识6.1.3热管的分类1.按热管的工作温度划分:2.按热管的工作液体回流方式分:3.按热管的结构划分4.按热管的壳体材料和使用工质划分:5.按热管的功能划分中国矿业大学动力工程系6.1热管的基本知识6.1.4热管的基本特性1.高导热性:2.等温特性:3.热流密度可变性4.传热方向的可逆性:5.热二极管与热开关:6.恒温特性
3、中国矿业大学动力工程系6.2热管的应用案例6.2热管的应用案例中国矿业大学动力工程系6.2热管的应用案例中国矿业大学动力工程系6.3热管理论6.3热管理论6.3.1毛细力与热管循环动力毛细现象与毛细力中国矿业大学动力工程系6.3热管理论1、毛细现象与毛细力中国矿业大学动力工程系6.3热管理论1、毛细现象与毛细力中国矿业大学动力工程系6.3热管理论2、热管循环推动力中国矿业大学动力工程系6.3热管理论2、热管循环推动力中国矿业大学动力工程系6.3热管理论2、热管循环推动力中国矿业大学动力工程系6.3热管理论6.3.2热管内工质流动的压力降1、管内液体压降：液体一般认为是层流对于层流，可根据流体力
4、学中不可压缩流体在稳定状态下流过圆形截面管道的层流压降公式（哈根-泊肃叶公式）对于吸液芯中工作流体，考特进行修正中国矿业大学动力工程系6.3热管理论如果考虑重力影响可以写成微分形式达西定律表示压降方式更实际中国矿业大学动力工程系6.3热管理论2、管内蒸汽压降：可以是层流也可以是湍流沿热管轴线方向上蒸汽的质量流量是不断变化的因而对蒸发段、绝热段和冷凝段要分别考虑对于无绝热段的热管，中国矿业大学动力工程系对于有绝热段的热管，绝热段内径向雷诺数6.3热管理论中国矿业大学动力工程系6.3热管理论6.3.3热管的热量传递中国矿业大学动力工程系6.3热管理论1高温热源-热管蒸发段外壁的换热热阻2热管蒸发段
5、固体壁面的导热热阻3热管蒸发段的沸腾换热热阻4热管蒸发段-热管冷凝段换热热阻中国矿业大学动力工程系5热管冷凝段冷凝换热热阻6热管冷凝段固体壁面的导热热阻7热管冷凝段外壁-低温热源间的换热热阻8蒸发段-冷凝段的轴向导热热阻6.3热管理论中国矿业大学动力工程系6.3热管理论热热阻R1R2R3R4R5R6R7数量级级10-110-210-410-310-710-310-410-110-2碳钢-水热管：表6-2热管各热阻的近似值中国矿业大学动力工程系6.3热管理论6.3.4热管的传热极限中国矿业大学动力工程系6.3热管理论中国矿业大学动力工程系6.3热管的设计6.3热管的设计1、热管工作温度确定(蒸汽
6、的温度)中国矿业大学动力工程系6.3热管的设计2、热管工作流体的选择热管的工作温度应保证在工作流体的凝固点和临界点之间中国矿业大学动力工程系6.3热管的设计中国矿业大学动力工程系3、热管吸液芯的选择6.3热管的设计1小的有效毛细半径提供最大毛细压力2具有较大渗透率减少回流液体的压力损失3具有较小的导热热阻减少径向导热阻力4、热管壳体的选择1相容性2导热性能3机械性能4实用性能中国矿业大学动力工程系6.3热管的设计5、热管结构设计计算1管径设计计算2管壁设计计算3端盖设计计算4吸液芯设计计算：毛细传热极限热流量公式5毛细传热极限核算6其他核算：Re中国矿业大学动力工程系6.4热管换热器及其应用6.4热管换热器及其应用6.4.1热管换热器的特点、类型、结构1、特点1换热效率高等温，熵增，对数温差，气-气管外流动，节省耗材2流动压力损失小管外流动3结构简单灵活；元件固定，位置灵活，相对独立4使用维护方便；变换流动方向，清洗容易，没有易损件中国矿业大学动力工程系2、流态分类6.4热管换热器及其应用中国矿业大学动力工程系3、按结构分类6.4热管换热器及其应用中国矿业大学动力工程系6.4.2热管换热器的应用6.4热管换热器及其应用中国矿业大学动力工程系6.4热管换热器及其应用6.4.2热管换热器的应用中国矿业大学动力工程系6.4热管换热器及其应用6.4.2热管换热器的应用
