热管换热器热回收应用综述

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1、毕业设计(论文)文献翻译 学生姓名：学生姓名： 季天宇 学学 号：号： P3501120509 所在学院：所在学院： 能源科学与工程学院 专专 业：业： 热能与动力工程 设计设计(论文论文)题目：题目：12000Nm3/h 气-气热管换热器的设计 指导教师：指导教师： 许 辉 2016 年 3 月 10 日 热管换热器余热回收的应用综述热管换热器余热回收的应用综述 W. Srimuang, P. Amatachaya 摘 要 用热管回收废热是一种公认的可以节约能源与防止全球变暖的有效手段。本文 将对用于余热回收的热管换热器，特别是对传统热管、两相闭式热虹吸管和振 荡热管换热器的节能和增强效率的

2、问题进行总结。相关的论文被分为三大类， 并且对实验研究进行了总结。分析这些研究报告的目的是为未来的工作打下基 础。最后，总结出传统热管（CHP）、两相闭式热虹吸管（TPCT）和振荡热管 （OHP）换热器的效率参数。本文也提供了用于热回收系统中的热管热交换器 的设计的最佳方案。 关键词：关键词：热管 回收 效率 气-气 目录 1. 引言 2. 热管换热器的类型 3. 热管在热回收方面的应用 4. 气-气热管换热器及试验台 5. 气-气热管换热器效率的影响因素 6. 结论 参考文献 1.引言引言 利用热管回收废热是一个对于节约能源与防止全球变暖的极佳手段。热管 换热器作为一种高效的气-气热回收装置

3、广泛地应用于商业与工业生产中。热管 换热器之所以能成为最佳的选择，是因为废气与供给空气之间不会有交叉泄漏。 它拥有许多优势，比如有较高的换热效率，结构紧凑，没有可动部件，较轻的 重量，相对经济，空气侧较小的压降，热流体与冷流体完全分离，安全可靠。 热管换热器被广泛应用于各个行业（能源工程，化学工程，冶金工程）的废热 回收系统。热管换热器最重要的一个功能是从锅炉的废热中回收热量。图 1 显 示的是传统锅炉与加装了热管换热器的锅炉的比较。在传统锅炉中（图 1a）， 废气被直接排放到空气中，不仅浪费能源，而且还会污染环境。使用热管换热 器（图 1b）不仅减少了能源消耗，而且保护了环境。无论如何，对于

4、使用热管 进行热回收，特别是关于节约能源和环境效益的研究都是有必要的。 对于传统热管（CHP）、两相闭式热虹吸管（TPCT）和振荡热管（OHP） 换热器的应用进行综述。本文的结论也提供了关于热管换热器的设计和此领域 未来的研究的一些建议。 图 1 用于预热的热回收装置 2.热管换热器的类型热管换热器的类型 热管换热器也被作为利用汽化潜热以较小的温差在长距离间传递热量的热 传递设备。它是由一根充满了适当的工作液体的封闭的管子构成。热管分为三 类：传统热管（CHP）、两相闭式热虹吸管（TPCT）和振荡热管（OHP）。在 实际过程中，当热量进入蒸发器，平衡被打破并在稍高的压力下产生蒸气和温 度。增加

5、的压力使蒸汽流向管子的冷凝段，冷凝段稍低的温度使蒸汽冷凝并且 释放汽化潜热。冷凝后的液体通过传统热管吸液芯的毛细作用或者两相闭式热 虹吸管的重力作用返回蒸发段。 符号说明符号说明 ID 内径（m） OD 外径（m） FR 充液率 W 壁厚（mm） L 管长（m） Q 导热系数（W） T 温度（） V 速度（m/s） 下标说明 a绝热 c冷凝段 e蒸发段 in进口 out出口 两相闭式热虹吸管在本质上是热管，但是没有吸液芯结构。传统热管与两 相闭式热虹吸管的不同在于两相闭式热虹吸管使用重力将热量从冷源下方的热 源进行传递的。结果导致，蒸发段位于冷凝段下方。工作液体在冷凝段蒸发、 冷凝，并且在重力

6、的影响下回流到蒸发段。如果能够利用重力，两相闭式热虹 吸管是最佳的选择，因为传统热管的吸液芯会对冷凝液体的流动产生一个额外 的阻力。图 2 展示了传统热管与两相闭式热虹吸管的主要区别1。 振荡热管或脉动热管（PHPs）是热管技术最新的发展之一。工作液体在传 统热管中通过毛细作用以逆流的形式在热源与冷源之间不断循环。与传统热管 不同的是，工作液体在振荡热管中在其轴向方向振动。脉动热管的基本传热机 制是与相变（蒸发和冷凝）有关的振荡运动现象。振荡热管是由一根连续的毛 细管弯曲而成。毛细管的直径要足够小以允许液体和蒸汽能够共存。振荡热管 的基本原理是当弯曲的毛细管的一段受到高温影响时，内部的工作液体

7、蒸发并 提升蒸汽压力，这将导致蒸发区产生气泡。这会将液柱推向低温端（冷凝器）。 低温端的冷凝将会进一步增加两段的压差。由于相互连接的管子，液滴和气泡 在管子里往冷凝器的运动这使他们向着高温端（蒸发器）运动。从而，使热量 从加热部分传递到冷却部分。振荡热管的优势在于不需要吸液芯来传递液体。 也不需要泵提供动能，所以振荡热管的传热是被动的。事实上，它不需要热源 吸收的热量以外的能源。但是，振荡热管的整体阻力一般要大于传统热管，振 荡热管能够适应更大的流量。热管换热器是自成一体，自我维护的被动能源回 收装置。利用蒸汽液体流动使它有非常大的传热系数。管子中液滴的蒸发和气 泡的形成使液滴和气泡在振荡热管

8、中保持振荡。驱动力是由核沸腾和工作液体 的冷凝提供的。热管换热器能够将热量从高温段转移到低温段。振荡热管有几 点优势：成本较低，热传递性能出色，热响应速度快，可操作性高以及操作灵 活。振荡热管分为三类（图 3）图 3a 为闭环振荡热管（CLOHP），取名闭环振 荡热管是因为它由长的封闭的环形毛细管构成。工作流体在管子纵轴线方向的 振荡导致热量传递。图 3b 为带止回阀的闭环振荡热管（CLOHP/CVs）。它由 一根在末端以接合的方式形成封闭环形的毛细管构成。带止回阀的闭环振荡热 管在闭环上合并了一个或多个可控方向的单程止回阀，这样就可以让工作液体 只向指定的方向流动。图 3c 为封闭式振荡热管

9、（CEOHP），它由一根长的毛 细管构成，毛细管两段都封闭。这样，热传递仅仅通过快速的振荡和脉动压力 波扰动发生。 图 2 传统热管（CHP）和两相闭式热虹吸管（TPCT） 图 3 振荡热管的类型 3.热管在热回收方面的应用热管在热回收方面的应用 最近，研究人员对于使用热管回收热量越来越感兴趣。也有论文开始分析 热管的应用、设计、结构和热力性能。Noie-Baghban 和 Majideian2介绍了用于 手术室废热回收的传统热管。该热管是为低温源（1555）设计的。研究发现 常规热管的效率是 0.16，虽然它取决于热管的直径和翅片间隙。但是该值还是 太小，因为该热管是为低温工况设计的。Abd

10、 El-Baky 和 Mohamed3为了冷却 新风将传统热管应用于空调系统的新风和回风之间的热回收上。测试回风与新 风的质量流率之比（1,1.5 和 2.3）来验证热传递和新空气温度的变化。在测试 过程中，新空气的进口温度控制在 32-40之间，而回风进口温度约为 26且 保持不变。Martinez 等人4为空调设计了一种由两根传统热管和间接蒸发换热 器构成的混合能源回收系统。混合能量的能量表征回收系统与实验设计技术同 时进行。一个主要结论被应用于空调的由两根传统热管和间接蒸发换热器构成 的混合能源回收系统的安装，能回收回风的部分热量，从而提高能源效率以及 减少对环境的影响。 表表 1 传统

11、热管，两相闭式热虹吸管和振荡热管的几何特征。 热管管数工作流体/充液率翅片吸液芯作者 CHP材料:铜 OD:15mm t W:3mm e L:300mm, t L:600mm, c L:300mm 8材料:甲醇无100 孔 不锈钢 Noie-Baghban and Majideian 2 CHP材料:铜 OD:12.7mm t W:50cm e L:20cm, a L:10cm, c L:20cm 25材料:R11,R123类型:连续翅片 材料:铝 厚度:0.5mm 100 孔 黄铜 Abd El-Baky and Mohamed 3 CHP材料: - OD:12.7mm t W:2.1mm

12、t L:62cm 12材料:3.04 克氨无350 孔 不锈钢 Martinez et al. 4 1 类 TPCT 材料:铜 OD:15.88mm t W:1.22mm e L:300mm, a L:150mm, c L:300mm 24材料:水 充液率:蒸发段 60% 类型:连续翅片 材料:铜(蒸发段)铝 (冷凝段) 间隔:每米 472 片 厚度:0.162mm 无Lukitobudi et al. 5 2 类 TPCT 材料:钢 OD:26.27mm t W:7.65mm e L:300mm, a L:150mm, c L:300mm 10材料:水 充液率:蒸发段 60% 类型:螺旋形翅

13、片 材料:钢 间隔:每米 315 片 厚度:0.8mm 直径:52.7mm 无 3 类 TPCT 材料:铜 OD:15.88mm t W:1.22mm e L:300mm, a L:150mm, c L:300mm 24材料:水 充液率:蒸发段 60% 无无 TPCT材料:钢 OD:20mm t W:1.5mm e L:150mm, a L:5mm, c L:150mm 50材料:水 充液率:蒸发段 35% 类型:板式翅片 材料:钢 间隔:每米 315 片 厚度:1.5mm 高度:8mm 无Yang et al. 6 1 类 TPCT 材料: 铜 OD:0.127m t W:1.5mm t L

14、:0.45m 7材料:甲醇 充液率: 类型:板式翅片 材料:铜 数量:共计 70 片 厚度:0.45mm 无Riffat and Gan 7 高度:0.048m 2 类 TPCT 材料: 铜 OD:0.127m t W:1.5mm t L:0.45m 3材料:甲醇 充液率: 类型:柱形翅片 材料:铜 数量:共计 300 片 厚度:0.45mm 直径:0.7mm 无 3 类 TPCT 材料: 铜 ID:18mm t L:365m 6材料:甲醇 充液率: 类型:百叶窗翅片 材料:铝 数量:共计 96 片 间隔:2mm 高度:60mm TPCT材料: 铜 ID:15mm t L:660mm, e L

15、:300mm, c L:300mm 24材料:R22 充液率:蒸发段 60% 类型:板式翅片 材料:铝 间隔:每米 32 片 厚度:0.164mm 高度:140mm Wu et al. 8 CEOHPID:2mm e L:190mm, c L:190mm t L:600mm 1材料:水 充液率:蒸发段 50% Rittidech et al. 9 CLOHP /CVs ID:2mm e L:190mm, a L:8mm c L:190mm, :358mm t L 1材料:R134a 充液率:蒸发段 50% Meena et al. 10 在两相闭式热虹吸管的应用方面，Lukitobudi 等人

16、5的设计，他们制造并测 试了一台用于面包店的中温两相闭式热虹吸管换热器。该换热器十分高效（65%）， 但是作者声明运行过程中超载的压力可能会对换热器造成损伤。杨峰等人6研 究了一种可能的应用使用两相闭式热虹吸管换热器回收大型客车发动机产生的 废热为乘客供暖。Riffat 和 Gan7探讨了自然通风建筑的两相闭式热虹吸管换热 器效率。在他们的研究中，他们在两个测试室测试了三种两相闭式热虹吸管换 热器的热回收部件。第一种两相闭式热虹吸管换热器由七对翅片的热管组成， 第二种有螺旋状的翅片，第三种是由两排交错的两相闭式热虹吸管构成。使用 计算热力学模拟来求解部件的压力损失特性。根据实验结果，空气的流速显著 地影响了两相闭式热虹吸管热回收部件的效率。对于相同的速度，换热器的效 率在 16%到 17%之间，并且将翅片从一排变为两排能够提高效率。根据计算热 力学模拟的结果，当速度为 1m/s 时，2 排平行安装的 6 根热管的预测压力损失