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摘 要

目前由于传统能源的总储存量是有限的，而每年消耗的能源又在快速增加，所以提高能源的利用率非常重要。从上世纪70年代以来，热管技术近年来在工程中的应用越加广泛，在很多场合下都能发挥作用。以热管为基本单元的热管换热器也应用在各个工业领域中，随着热管换热器的优良特性被更多人接受和需要，热管技术得以快速发展。

众所周知，有很多因素影响着热管换热器的传热性能，如热管的工作温度、倾斜角度、进口流量、管内工质等，其中工作温度和进口流量的影响最大。本文在一定范围内，采用碳钢-水热虹吸管设计了一套热管换热器装置，对其管内各传热过程的热阻及总过程的传热系数进行理论分析。本文通过实验研究得到热管换热器的很多实验数据，并计算总结出几点结论：当导热油进口温度升高时，传热量随之增大；在倾斜角度为70⁰左右时，传热量最大，如果角度继续增大，传热量会有些下降；当油的流量增大时，传热量也会增加。通过结论可以得出合适的工况条件。通过对热管换热器传热性能的实验分析，丰富完善了热管理论和实验研究。

关键词：热管换热器 传热性能 实验研究

Experimental study on heat transfer performance of heat pipe exchanger

ABSTRACT

At present, due to the limited total storage of traditional energy sources, and the annual consumption of energy is increasing rapidly, it is very important to improve energy utilization. Since the 1970s, heat pipe technology has been widely used in engineering in recent years, and it can play a role in many occasions. The heat pipe heat exchanger with the heat pipe as the basic unit is also applied in various industrial fields. With the excellent characteristics of the heat pipe heat exchanger being accepted and required by more people, the heat pipe technology can be rapidly developed.

As we all know, there are many factors affecting the heat transfer performance of heat pipe heat exchangers, such as the operating temperature of the heat pipe, the inclination angle, the inlet flow rate, the working fluid in the pipe, etc., wherein the working temperature and the inlet flow have the greatest influence. In this paper, a set of heat pipe heat exchangers is designed by carbon steel-water thermosiphon, and the thermal resistance of each heat transfer process and the heat transfer coefficient of the whole process are theoretically analyzed. In this paper, many experimental data of heat pipe heat exchangers are obtained through experimental research, and some conclusions are drawn from the calculations: when the heat transfer oil inlet temperature rises, the heat transfer amount increases; when the tilt angle is about 700, the heat transfer amount is the largest. If the angle continues to increase, the amount of heat transfer will decrease somewhat; as the flow rate of the oil increases, the amount of heat transfer will also increase. Through the conclusion, the appropriate working conditions can be obtained. Through the experimental analysis of the heat transfer performance of the heat pipe heat exchanger, the thermal management theory and experimental research are enriched and perfected.

Key Words：Heat pipe exchanger; Heat transfer performance; Experimental Study

目 录

摘要 III

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 热管技术的发展与应用 1

1.3热管简介 2

1.4 热管换热器简介 3

1.5 热管换热器传热性能影响因素 3

1.5.1 工作温度对热管换热器传热性能的影响 3

1.5.2热管换热器倾角对热管换热器传热性能的影响 3

1.5.3蒸发段风速对热管换热器传热性能的影响 4

第二章 热管换热器实验系统设计 5

2.1.热管设计 5

2.1.1热管的工质 5

2.1.2热管结构的选取 6

2.1.3各零部件的选择 6

2.2热管换热器实验系统的搭建 7

2.2.1热管换热器的设计 7

2.2.2实验设备的选型 14

2.2.3实验系统 16

2.3实验内容与步骤 17

第三章 实验数据处理与误差分析 19

3.1直接测量值的误差分析与处理 19

3.2间接测量误差的分析与处理 21

第四章 实验结果与讨论 24

4.1工作温度对热管换热器传热性能的影响 24

4.2倾斜角度对热管换热器传热性能的影响 26

4.3热流量对热管换热器传热性能的影响 28

第五章 总结 32

5.1结论与不足 32

5.2结语 32

参考文献 34

致 谢 37

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

目前由于传统能源的总储存量是有限的，而每年消耗的能源又在快速增加，所以开发新型的高效低耗能设备是当务之急^[1]。合理、高效的利用能源对我们发展中国家的经济增长起着非常重要的作用^[2]。随着热管技术近年来在工程中的应用越加广泛，不仅在余热回收和节能减排方面取得了良好的效果，也在传质传热设备改造升级和电子元件冷却方面创造出新的应用成果，目前热管换热技术在各个领域中都占有举足轻重的地位，已经成为世界上能源研究的重要课题之一。传热性能与设备的尺寸大小，运行效率，经济性和节能性等重要指标有着重要的联系，因此研究怎么样尽可能的提高换热元件的传热性能具有重大意义。

1.2 热管技术的发展与应用

热管（Heat Pipe）是在20世纪70年代以来一种快速发展起来的具有极高导热性能的传热元件，通过全封闭真空管内工作液体的蒸发与凝结来传递热量^[3]，可以在无任何外加动力的情况下将大量的热通过很小的截面积远距离传输^[4,5]。

随着科学技术水平的不断提高，热管应用的领域更加广泛^[6-10]。其发展共经历了几个阶段^[10,11]。20世纪40~70年代期间人们提出了热管的概念及工作原理，各国开展了大量研究工作，利用热管优良的传热性能，成功的应用到一些高科技产品的散热系统中，例如：飞机、空间卫星等，此后热管传热技术很快发展。20世纪70年代后，热管的应用范围更是拓宽到各个领域，例如化工及石油化工（在生产硝酸、硫酸、氨等工业中回收余热）、冶金工业（高炉热风炉、加热炉出口烟气的余热回收）、电子电器工程（计算机中央处理器以及封闭壳体的电子元件的散热冷却）、动力工程（利用热管制造空气预热器）、建材及轻纺工业（生产水泥）、太阳能（热管太阳能灶、热水器、电站等）、航天飞行技术（蜂窝板和热管机翼方面）、核电工程（核废料冷却，发生事故时保护安全壳体）等。

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