熱管的超導熱性以及等溫性使它成為航空航天技術(shù)中控制溫度的理想工具,
熱管換熱器由于具有傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、壓力損失小、有利于控制腐蝕等優(yōu)點,也多應(yīng)用于冶金、化工、煉油、鍋爐、陶瓷、交通、輕紡、機械、電子等行業(yè)中。
1、熱管在熱能工程中的關(guān)鍵技術(shù)
1.1均溫技術(shù)
主要是利用熱管的等溫性,將一個溫度各處不相等的溫度場變?yōu)橐粋€溫度各處都均勻的溫度場。
1.2匯源分隔技術(shù)
通過使用熱管將熱源和冷源分隔開,從而完成熱交換,并且分割距離的長短可以根據(jù)現(xiàn)場需要以及熱管的性能進行決定,短則幾十厘米,長則100m不等。在進行連續(xù)生產(chǎn)的項目中利用匯源分割技術(shù)意義非凡。
1.3交變熱流密度
通過使用熱管既可以實現(xiàn)在小面積輸入熱量,大面積輸出熱量,還可以實現(xiàn)大面積內(nèi)輸入熱量,小面積輸出熱量。這樣能夠有效進行單位加熱傳熱面積與單位冷卻傳熱面積進行熱流量的變換。交變熱流密度在工程項目中有著非常重要的用途,如通過控制管壁溫度預防腐蝕。
1.4熱控制技術(shù)
通過使用熱阻能夠變化的可變導熱管進行傳熱控制,這樣可以有效控制溫度。通常情況下,利用熱控制技術(shù)可以有效控制熱源與冷源的溫度。
1.5單向?qū)峒夹g(shù)
在重力熱管的理論下,可以實現(xiàn)熱管的單向?qū)?,此時的熱管就是一個單項導熱的零部件。單項導熱技術(shù)通??梢允褂迷谔柲芄こ毯蛢鐾劣纼龉こ痰裙こ添椖可?。
1.6旋流傳熱技術(shù)
通過轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力可以實現(xiàn)熱管內(nèi)的工作液體從冷凝段回流到蒸發(fā)段,或者依靠工作液體的位差實現(xiàn)回流。通常情況下,旋轉(zhuǎn)傳熱技術(shù)可以用在高速鉆頭、電機軸等高速回轉(zhuǎn)軸件等工程項目上。
1.7微型熱管技術(shù)
微型熱管與普通熱管特別大的不同在于微型熱管的毛細力是存在于蒸汽通道旁邊液縫彎月面供給的,而不是吸液芯產(chǎn)生的。微型熱管技術(shù)通常在半導體芯片、手提電腦的CPU散熱、集成電路等工程項目。
1.8高溫熱管技術(shù)
高溫熱管內(nèi)部的工作液體主要是液態(tài)金屬,在工作狀態(tài)下,金屬造成的飽和蒸汽壓相對較低,從而不會給高溫下的熱管制造高壓。高溫熱管通常應(yīng)用在核工程、高溫熱風爐、赤熱體取熱、太陽能電站等工程項目。
2、熱管技術(shù)在余熱利用工程中的應(yīng)用
2.1 熱管技術(shù)在航空航天上的應(yīng)用
在航空航天工業(yè)中,各類航天器都面臨著一個共同的難題,那就是航天器正對著太陽的部位溫度特別高,而背對太陽的一側(cè)溫度又特別低,由于無法通過空氣的對流完成氣溫的調(diào)節(jié),因此這就導致兩部分的溫差高達300多攝氏度。在這樣的情況下,利用熱管技術(shù)可以快速實現(xiàn)兩部分溫差的平衡。將熱管安裝到航天器中,面對太陽的一側(cè)是蒸發(fā)段一側(cè),背對太陽的一側(cè)是凝結(jié)段一側(cè)。熱管的蒸發(fā)段在面對太陽的一側(cè)吸收了大量熱量,其內(nèi)部的工作介質(zhì)蒸發(fā)后將熱量傳遞到冷凝段,并在冷凝段釋放熱量再次形成液態(tài)工作介質(zhì)流回蒸發(fā)段,然后再次進行循環(huán)。這樣往復不停的循環(huán)就可以實現(xiàn)航天器兩側(cè)溫度的平衡,從而避免因溫差過大導致內(nèi)部系統(tǒng)故障。
2.2 熱管技術(shù)在鐵路凍土路基上的應(yīng)用
在我國北方的某些地區(qū),土壤常年處于凍土狀態(tài),每到初夏,溫度升高,凍土層自下而上融化,這樣就會形成翻涌導致鐵路路基松懈,從而引發(fā)列車脫軌等嚴重交通事故。在這種情況下,使用低溫熱管就可以有效解決這個難題。在使用低溫熱管的過程中,首先要將低溫熱管埋進凍土層。在寒冷的季節(jié)里,凍土的溫度遠高于空氣的溫度,此時熱管內(nèi)的液氨工質(zhì)因吸收了凍土中的熱而蒸發(fā),氨蒸汽在壓力差的作用下,不斷流到管腔的上部,并在上部釋放出汽化潛熱,然后冷凝成液體后流回蒸發(fā)段,然后再在蒸發(fā)段蒸發(fā)成氣體再次進行循環(huán),這樣,通過低溫熱管就可以將凍土中的熱輸送到大氣中。在溫暖的季節(jié),空氣的溫度遠高于凍土的溫度,此時液氨蒸汽到達冷凝段后,由于外部溫度較高,氨蒸汽不再冷凝,此時便會達到汽相和液相之間的平衡,液氨便不再蒸發(fā),熱管也就停止了工作,空氣中的熱量也不能傳遞到凍土之中。這樣一來,凍土的溫度一直保持著上面溫度高,下面溫度低的狀態(tài),從而有效避免了翻涌現(xiàn)象的出現(xiàn)。
2.3熱管技術(shù)在紡織行業(yè)余熱回收工程中的應(yīng)用
通常情況下,熱管技術(shù)在紡織行業(yè)進行余熱回收時主要進行定型機的廢氣余熱的回收。在這個過程中,熱管將定型機內(nèi)排出的廢氣中進行熱能回收,然后再將回收的熱能重新輸送到定型機烘箱內(nèi)。熱管主要安裝在廢氣排放口處,這樣當含有大量熱的廢氣一排出就可以進行余熱回收,這樣可以達到回收熱能的好的效果。在工作過程中,鮮風在定型機內(nèi)負壓的作用下方的入熱管的蒸發(fā)段,在蒸發(fā)段吸收大量的熱量后被傳遞到高效傳熱熱管的新風端,然后吸收了大量熱量的新風就可以流到定型機烘箱散熱器附近,這樣就完成了余熱的回收。
2.4
熱管換熱器在熔鋁爐煙氣余熱回收工程中的應(yīng)用
熔煉爐排煙溫度一般在500℃-800℃以上,煙氣帶走的熱損失約占30%-35%,鋁熔煉爐溫度也超過350℃-500℃,可利用煙氣余熱加熱助燃空氣,或得到蒸汽、熱水做生產(chǎn)和生活用。
2.5
熱管換熱器在鋼材加熱爐煙氣余熱回收工程中的應(yīng)用
鋼材加工行業(yè)生產(chǎn)車間里的鋼材加熱爐爐膛溫度800~1300℃,經(jīng)空氣預熱器后仍有400℃以上高溫煙氣直接從煙囪排出。紅熱鋼材出爐產(chǎn)生的輻射熱不僅造成巨大浪費,也嚴重惡化車間工作環(huán)境。可在煙氣或鋼材出口端安裝余熱回收裝置,產(chǎn)生熱水或者蒸汽供酸洗皂化等生產(chǎn)及供暖使用。
隨著人類對資源的開發(fā)和利用,傳統(tǒng)能源逐漸減少,將熱管技術(shù)應(yīng)用于熱能工程,不但可以實現(xiàn)熱能的有效流動,而且還可以節(jié)約大量的能量,從而實現(xiàn)節(jié)約能源的目的。