摘 要

相比于传统的换热器相比，热管换热器有着以下诸多优势：构造紧凑、热量传递方向可变、传热效率高、热流密度可变、对环境有较好的适应能力、抗露点腐蚀能力强、阻力损失较小、安全可靠等。这些优势让热管换热器能够最大限度地来回收锅炉废热，在锅炉余热回收领域有着不俗的成绩。

本文针对用于锅炉余热回收系统的热管换热器进行设计，包括热管尺寸设计以及换热器整体的热力计算和尺寸设计。热管根据原始参数来进行初步地设计,后期改良以保证热管能满足换热需求。换热器尺寸根据气-气式换热器的常规设计法来进行计算，然后利用离散型计算来确定每排管子的工作温度，确保不出现露点腐蚀。

关键词：热管 热管换热器 余热回收 常规设计法

Design of 12000Nm/h heat pipe heat exchanger

Abstract

Compared with traditional heat exchanger,the advantages of heat pipe heat exchanger are as followed:compact structure ,reversible heat transfer direction,high heat transfer efficiency,variable heat flow density,strong environmental adaptability,strong resistance to dew point corrosion,low resistance loss,safe and reliable,etc.These advantages make the heat pipe heat exchanger to be used to maximize the recovery of low grade heatenergy,which has good effect on boiler waste heat recovery.

This article is about the design of heat pipe heat exchanger for boiler waste heat recovery system, including the size design of heat pipe and thermal calculation and dimension design of the heat exchanger.The preliminary design of heat pipe bases on original parameters,and will ameliorate to ensure that the heat pipie can meet the heat transfer requirements.The heat exchanger size is calculated according to the air to air heat exchanger method,and then use the discrete calculation conventional design method to determine the operating temperature of each row of pipes to ensure that dew point corrosion will not occur.

Key Words: Heat pipe; Heat pipe heat exchanger; Waste heat recovery; Conventional design method

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 热管 1

1.1.1 热管概述 1

1.1.2 热管的工作原理 1

1.2 热管换热器特性及优势 2

1.3 国内外的研究成果及现状 3

1.4 研究背景及内容 4

1.4.1 研究背景 4

1.4.2 研究内容 5

1.5 注意问题 5

第二章 热管气-气换热器计算设计 7

2.1 热管设计 7

2.1.1 热管材料及工作液体 7

2.1.2 热管尺寸设计 7

2.2 热管换热器热力计算 8

2.2.1 计算方法 8

2.2.2 计算过程 12

2.3 离散型计算法 19

第三章 结论 24

参考文献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1 热管

1.1.1 热管概述

热管是一种新型传热元件，它是依靠某种液体相变所产生的潜热来进行传递热量的，这种相变过程发生在一根设计好的密闭管内，其导热能力很强，甚至可以是金属导热能力的成百上千倍，同时热管可以向远距离传输热量无需较大的截面积，并且无需额外的动力。首次提出热管的工作原理的是美国俄亥俄州通用发动机公司的R. S. Gaugler ^[1]，在试验中他将一定量液体放入一根密闭性极强管子中，结果发现管子内的液体能够在管子的一端吸收能量然后发生相变，在管子的另一端再次发生相变过程放出热量，相变后的液体又依靠重力或者毛细作用回到了原来的一端，在这个过程中，不需要加入其他的做功，又可以因为管子两侧存在温差而一直发生下去，这样就实现了利用管子进行传热的目的。

热管具有高导热性、良好的等温性、可变的热流密度、可逆的热流方向、较强的环境适应性、可远距离传输热量、可控制温度等一系列优点，随着热管技术的不断成熟和制作成本的不断下降，目前已经大量应用在化工、能源、动力、冶金、电子、机械和医疗等各个领域^[2]，成为了余热回收的佼佼者。

1.1.2 热管的工作原理

热管的主要任务是将加热段的热量吸收，在内部通过相变传热过程，将热量输送到冷却段，实现热量输送。如图1-1所示，典型的热管有三大件组成：圆柱形管壁，壁面上附着的吸液芯（重力热管没有吸液芯）和封闭管子的端盖。热管可以分为三部分：蒸发段，绝热段和冷凝段。制作方法是先将管内抽成负压，再将一种沸点低且易挥发的液体将其充进管内，同时在内管壁附着上吸液芯，两端用端盖封闭。热管的工作过程可以总结为：首先热管从热源处吸收热量，热量通过热管蒸发段管壁和吸液芯被液体吸收，液体吸收后发生相变形成蒸汽，同时携带着许多热量；然后蒸汽向冷凝段流动，在冷凝段处，热量通过吸液芯和管壁传给冷源，蒸汽冷凝成水；最后，冷凝水依靠吸液芯或者重力的作用回流到蒸发段，再次从热源吸收热量进行传热^[1]。

图1-1 热管工作原理示意图

1.2 热管换热器特性及优势

最常用的热管气-气换热器如图1-2所示。