1、電力畢業設計論文姓名：學號：學院:專業：熱能動力工程題目：熱管換熱器的設計指導教師：進見2014年6月摘要熱管式高效的傳熱元件，它是一種能快速將熱能從一點傳至另一點的裝置，由熱管元件組成的，利用熱管原理實現熱交換的換熱器稱之熱管換熱器。由于其結構簡單、可操控性強、換熱效率高、動力消耗小等優點，熱管換熱器越來越受到人們的重視，是一種應用前景非常好的的換熱設備.目前，它被廣泛應用于動力、化工、冶金、電力、計算機等領域。本文就熱管換熱器的發展現狀，趨勢，應用及設計做了一個簡要的論述，著重探討了熱管換熱器的設計。在討論熱管換熱器的設計過程中，主要針對其熱力計算，設備結構計算，元件參數的選擇做了一個合理

2、構建，并結合實際情況設計出了空氣預熱管式換熱器基本模型。關鍵詞：熱管；熱管換熱器；結構參數；設計計算AbstractHeatpipeisahighlyefficientheattransfercomponents,itisafastheattospreadfromonepointtoanotherpointofthedevice,consistingoftheheatpipecomponentstheuseoftheprincipleofheatpipeheatexchangerforthermalexchangecalledtheheatpipeheatexchangerBecauseofi

3、tssimplestructure,strongcontrol,heatexchanger,highefficiency,powerconsumption,etc,andheatpipeheatexchangermoreandmoreattention,isverygoodprospectheattransferequipment.Atpresentitiswidelyusedinpower,chemical,metallurgy,electricpower,computersandotherfieldsInthispaper,thedevelopmentofheatpipeheatexcha

4、ngerstatustrends,applicationsanddesignhadabriefdiscussion,focusedonthedesignofheatpipeheatexchangesHeatpipeheatexchangerinthediscussionofthedesignprocess,mainlyforthethermalcalculation,equipment,structuralcalculations,componentselectionofparametersmadeareasonableconstructionanddesigncombinedwiththea

5、ctualsituationoftheairheatpipeheatexchangerpreheatingthebasicmodel.Keywords:Heatpipe;Heatpipeheatexchanger；Structuralparameters;Designcalculation目錄 TOC o 1-5 h z 摘要I HYPERLINK l bookmark6 o Current Document AbstractII HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第1章緒論1 HYPERLINK l bookmark12 o Current

6、Document 1。1課題背景及意義1 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1。1。1熱管工作原理1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 熱管的基本特性2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 熱管技術的應用及進展2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1。2熱管換熱器3 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 1。2.1熱管換熱器的基本特性3 HYPERLIN

7、K l bookmark24 o Current Document o2熱管換熱器分類4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 1。2。3熱管式換熱器與其它類型換熱器比較8 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 1.2.4熱管換熱器技術展望8 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 1。3換熱器應用前景及研究進展9 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 1。3.1我國換熱器市場規模9 HYPERLINK l boo

8、kmark34 o Current Document 。2國際市場換熱器發展情況9 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1。3.3我國換熱器研究進展及存在的問題10 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 第2章確定設計方案12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2.1選擇換熱器類型12 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 2。2熱管的設計12 HYPERLINK l bookmark44 o Curren

9、t Document 2。3熱管換熱器的設計計算方法12 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 第3章熱管換熱器設計準備14 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 第4章熱管設計15 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 4。1熱管工作溫度的選擇15 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 熱管傳熱極限的影響16 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 第5章設備的結構設

10、計17 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 5。1材料的選擇17 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 筒體的設計溫度、壓力選擇17 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 橢圓形封頭的設計17 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 容器法蘭的選擇17 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 管板的設計計算17 HYPERLINK l bookmark68 o Curr

11、ent Document 5。5.1管板的厚度計算17 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 5。5.2管板管孔直徑的確定18 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 5。5。3管板與殼體的連接18 HYPERLINK l bookmark74 o Current Document 5.5。4管板與管子的連接18 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 第6章附件的選取20 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 6。

12、1液面計的選擇20 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 6。3壓力儀表的選取20 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 6。4流量測量儀表20結論21致謝22參考文獻23 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 附錄25第1章緒論1。1課題背景及意義換熱器是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，以實現不同溫度流體間的熱能傳遞，又稱熱交換器，換熱器是實現化工生產過程中熱量交換和傳遞不可缺少的設備。換熱器的熱性能不僅與自身的幾何形狀和材料有關，而且還取決于進行熱

13、交換，熱狀態介質的熱力學性質。節能換熱器過程中能量損失包括兩個方面：首先，功率促進流體流動的消耗量到達有些速度；其次，溫度熱傳遞不可逆的損失。在換熱器中，至少有兩種溫度不同的流體，一種流體溫度較高，放出熱量；另一種流體溫度較低，吸收熱量。在工程實踐中有時也會存在兩種以上的流體參加換熱，但它的基本原理與前一種情形并無本質上的區別。目前，換熱器在化工、石油、動力、制冷、食品等行業中被廣泛使用。隨著我國工業的不斷發展，對能源利用、開發和節約的要求不斷提高，因而對換熱器的要求也日益增強。換熱器的設計制造結構改進以及傳熱機理的研究十分活躍，一些新型高效換熱器也相繼問世.熱管是高效的傳熱元件，它是一種能快

14、速將熱能從一點傳至另一點的裝置，由于它具有超常的熱傳導能力，而且幾乎沒有熱損耗，因此它被稱作傳熱超導體，其導熱系數為銅的數千倍。熱管傳熱技術于六十年代初期由美國的科學家發明，它是利用封閉工作腔內工質的相變循環進行熱量傳輸，因而具有傳輸熱量大及傳輸效率高等特點。隨著熱管制造成本的降低，尤其是九十年代前后隨著水碳鋼熱管相容性問題的解決，熱管憑借其巨大的傳熱能力，被廣泛應用于石油、化工、食品、造紙、冶金等領域的余熱回收系統中。1.1.1熱管工作原理圖1-1熱管工作原理圖其大致原理為：熱管外部有一個形成真空的密閉管殼，真空度為1.3x10-13X10pa,沿管子內壁有毛細結構材料，管子內補充有一定量的

15、工作液體.管內的工作液體在熱管的一端吸收熱量后蒸發汽化，在微小的壓強差下流向熱管的另一端，向外部釋放熱量，于是又冷凝成液體，借助毛細結構材料抽力返回，再次吸熱、汽化、傳輸、放熱、冷凝過程，從而實現熱量從熱管一端到另一端的傳遞。1。1。2熱管的基本特性(1)很高的導熱性。熱管內部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的傳熱能力導熱能力.(2)優良的等溫性.熱管內腔的蒸汽處于飽和狀態，飽和蒸汽從蒸發段流向冷凝段所產生的壓降很小，根據熱力學中的Clausuis-Clapeyron方程式可知，溫降亦很小，因而熱管具有優良的等溫性。(3)熱流密度可變性。熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的加

16、熱面積，即可改變熱管的管內蒸汽壓力和溫度，這樣即可以改變熱流密度。(4)熱流方向的可逆性.一根水平放置的有芯熱管，由于其內部循環動力是毛細力，因此任意一端受熱就可作為蒸發段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。(5)恒溫特性。普通熱管的各部分熱阻基本上不隨著熱量的變化而變化，但可變導熱管，使得冷凝段的熱阻隨加熱量的增加而降低、隨加熱量的減少而增加，這樣熱管在加熱量大幅度變化的情況下，蒸汽溫度變化極小，實現溫度的控制，這就是熱管的恒溫特性。(6)熱二極管與熱開關性能。熱二極管就是只允許熱流向一個方向流動，而不允許向相反的方向流動；熱開關則是當熱源溫度高于某一溫度時，熱管開始工作，當熱源溫度低于這一溫度

17、時，熱管就不傳熱。(7)環境的適應性。熱管的形狀可隨熱源和冷源的條件而變化，熱管可做成電機的轉軸燃氣輪機的葉片、鉆頭、手術刀等等，熱管也可做成分離式的以適應長距離或冷熱流體不能混合的情況下的換熱；熱管既可以用于地面(重力場)，也可用于空間(無重力場)。1.1.3熱管技術的應用及進展熱管是一種高效的傳熱元件，熱管技術研究的重心已經從理論研究轉移到應用研究，熱管的應用已經由航天轉向地面，由工業轉向民用。當前，熱管在太陽能利用、筆記本電腦CPU勺冷卻以及大功率晶體管的冷卻、化工、冶金、動力等領域的應用都取得了良好效果，熱管在這些領域的應用，將進一步促進新型熱管技術的開發和應用。特別指出的是，熱管技術

18、在太陽能方面的應用市場前景尤為廣闊。目前太陽能熱管發電裝置、太陽能熱管熱水器等產品已經得到了較為廣泛的應用。最近幾年來，熱管技術以其獨特的性能，在各方面發展都十分迅速.熱管研究和應用的領域也在不斷拓寬，特別是微型熱管技術的出現，使得熱管在醫療手術、電子裝置芯片、筆記本電腦CPU的冷卻、電路控制板的冷卻、核電工程中的應用得到了極大的發展。毋庸置疑，21世紀熱管技術必將朝著更高效、更普及、微型化、大規?；姆较虬l展。1。2熱管換熱器由熱管元件組成的，利用熱管原理實現熱交換的換熱器稱之為熱管換熱器.一般情況下，它有一個矩形的外殼，在矩形外殼中布滿了帶翅片的熱管，熱管的布置可以是錯列呈三角形的排列，也

19、可以是順列呈正方形排列。在矩形殼體內部的中央有一塊隔板把殼體分成兩個部分，形成熱流體與冷流體的通道.當熱冷流體同時在各自的通道中流過時，熱管就將熱流體的熱量傳給了冷流體，實現了兩種流體的熱量交換.熱管換熱器是由美國發明的，最初被用于航天技術和核反應堆，以解決向陽面和背陰面受熱不均勻。它是一種新型的換熱器，于70年代初才開始應用于工業中作為節能設備.雖然熱管換熱器在工業中應用時間不長，但發展速度很快。熱管換熱器的最大特點是：結構簡單、換熱效率高，在傳遞相同熱量的條件下，熱管換熱器的金屬耗量少于其他類型的換熱器，換熱流體通過換熱器時的壓力損失也比其他換熱器小，因而動力消耗也小。熱管換熱器的這些特點

20、正越來越受到人們的重視，是一種應用前景非常好的換熱設備。20世紀90年代被用于民用空調，由于其優越的導熱性，受到越來越廣泛的重視，目前在計算機、雷達等高科技領域被廣泛應用。1。2.1熱管換熱器的基本特性(1)熱管換熱器可以通過換熱器的中隔板使冷熱流體完全分開，在運行過程中單根熱管因為磨損、腐蝕、超溫等原因發生破壞時基本不影響換熱器運行。熱管換熱器用于易然、易爆、腐蝕性強的流體換熱場合具有很高的可靠性.(2)熱管換熱器的冷、熱流體完全分開流動，可以比較容易的實現冷、熱流體的逆流換熱。冷熱流體均在管外流動，由于管外流動的換熱系數遠高于管內流動的換熱系數，用于品位較低的熱能回收場合非常經濟。(3)對

21、于含塵量較高的流體，熱管換熱器可以通過結構的變化、擴展受熱面等形式解決換熱器的磨損和堵灰問題。(4)熱管換熱器用于帶有腐蝕性的煙氣余熱回收時，可以通過調整蒸發段、冷凝段的傳熱面積來調整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開最大的腐蝕區域.熱管是借助于工質液體的汽、液相變來傳遞熱量，熱阻小，導熱能力強。因為這種相變傳熱方式相變潛熱大，所以它的傳熱能力一般比以顯熱方式的傳熱能力大幾個數量級，有人把熱管這種良好的導熱性稱之為“超導熱性”。如1k水在常壓下的汽化潛熱量2257.1kJ/kg幾乎相當于5.4kg水從0c加熱到100c水所需的總熱量。所以說t熱管在小溫差下能具有很大的傳熱能力。當導熱環節成為強化傳

22、熱的關鍵時.利捌熱管會收到良好的效果。如航天技術中的溫度控制，電子器件及鑄模的冷卻，導出化學反應器中的反應熱。在熱管的工作循環中工作液體的蒸發和蒸汽的凝結過程分別在蒸發段與凝結段進行，如忽略蒸汽流動所需要的微小壓差，則熱管內部應處于一個相平衡狀態，而工質的相變過程具有極嚴格的飽和壓力和飽和溫度間的依變關系，所以理論上熱管兩端的溫度是相等的。由于必須有微小的壓差推動蒸汽由蒸發段向凝結段流動，不可避免地使蒸發段與凝結段問存在一定溫差，但是根據Clausuis-Clapeyron方程，對應于微小壓差的溫差很小。即與其他傳熱方式相比它，熱管能在低溫差下傳遞熱量，是十分理想的等溫元件。利用熱管的等溫性能

23、，可以制成各種形式的熱管均溫爐、黑體爐，也可以用于鑄模的均熱。這樣通過改變蒸發段與凝結段的外表面積，可以將集中的熱流分散，作為優良的散熱器來冷卻其他方法難以冷卻的高熱流密度部件，如用于電子計算機元件、變壓器、內燃機等的冷卻散熱；還可以把分散的熱流集中使用，如用于高功率密度的熱離子換能器、溫差電池、太陽能集熱器。有吸液芯的熱管能僅靠毛細力工作，熱管水平放置或失重，則受熱段成為蒸發段，另一端則為冷凝段，熱管內的傳熱方向可以逆轉。可以將熱管傳熱方向可以逆轉的特點用于宇宙飛船和人造衛星在空間的溫度展平，也可以用于先放熱后吸熱的化學反應器及空調余熱利用裝置。利用熱管工質凝固點溫度值.把熱管制成傳熱系統中

24、的溫度開關。只有熱源能使熱管工作溫度高于工質凝固點時，熱管才投入運行，當熱管工作溫度低于工質凝固點時，熱管自動停止工作。熱阻可控熱管的恒溫特性；在熱管內充入一定量的不凝氣體，熱管工作時，不凝氣體壓至冷凝端形成無效區，這一不凝氣體無效區的大小隨加熱量的增加而變小，而保持熱管工作溫度基本不變?？煽責峁芤呀洺晒Φ貞枚】臻g飛行器和化學反應器的溫度控制。熱管可以適用于各種介質、各種類型的熱源，熱管的形狀町以隨售熱源的條件而變化，可以在低溫差下向較遠傳熱。1.2.2熱管換熱器分類(1)按形式分：整體式熱管換熱器、分離式熱管換熱器、回轉式熱管換熱器等。(2)按功能分：氣一氣式換熱器、氣一液式換熱器、氣-汽

25、式換熱器等。根據具體工況設計的熱管換熱器結構及外形形式多樣，圖1-3、圖14分別為應用最為廣泛的氣-氣熱管換熱器外形示意圖和氣一液熱管換熱器外形示意圖。圖1-3氣-氣熱管換熱器熱氣體出口圖14氣一液熱管換熱器4液體入口攝管 克體被木他后的凈液體甜口隔楨禽氣體入口圖1-3：熱管氣一氣換熱器是單管組合式熱管換熱器中的一種氣-氣熱管換熱器，也是目前應用最為廣泛的一種余熱回收設備，它利用鍋爐、加熱爐等排煙余熱預熱爐內的助燃空氣，不僅可提高爐子的熱效率，還可以減輕對環境的污染。圖15:是熱管氣一氣換熱器用于回收鍋爐煙氣余熱，得到的熱空氣用于鍋爐助燃的流程示意圖圖1-5熱管氣一氣換熱器流程示意圖熱管氣一氣

26、換熱器綜合起來有如下一些特點：傳熱性能高.由于熱管氣一氣換熱器的加熱段和冷凝段都有帶翅片，大大擴展了換熱表面，因此，其傳熱系數比普通光管氣一氣換熱器的要大好多倍。對數平均溫差大。由于熱管氣一氣換熱器可以方便地做到冷流體與熱流體的純逆向流動，這樣在相同的進、出口溫度條件下，就可以產生最大的對數平均溫差。傳熱量大。由于熱管氣一氣換熱器的傳熱系數和對數平均溫差大，因此，傳熱量就大。體積小、重量輕、結構緊湊.由于熱管氣一氣換熱器所傳輸的熱量大，因此在傳輸同樣的熱量情況下，熱管氣一氣換熱器就顯得體積小、重量輕、結構非常緊湊，因而金屬的消耗量小，占地面積也就大大減少。熱管氣一氣換熱器這一獨特的優點就使其在

27、余熱回收等應用領域開辟了廣闊的天地.便于拆裝、檢查和更換。熱管氣一氣換熱器是由許多根獨立的換熱元件-熱管按著一定的排列方式組成的。因此更換部分熱管不會影響熱管氣-氣換熱器整體的正常工作。熱管氣-氣換熱器具有很大的靈活性?？梢愿鶕煌臒嶝摵珊蜌怏w的流量將幾個熱管氣一氣換熱器串聯或并聯起來使用.熱管換熱器的優點；熱管換熱器的興起與發展和世界能源形勢密切相關。能源是國民經濟的重要物質基礎，隨著工業的迅速發展，能源需求的矛盾日益尖銳，因此世界各國大力發展節能技術，余熱利用引起了越來越多的關注。我國能源消費居世界第三位，但燃料利用率不到30%,能源短缺制約著國民經濟的發展。根據我國“能源要以開發和節約

28、并重，近期內把節能放在優先地位”的方針，余熱的回收及利用在節能工作中占有重要的地位。我國的余熱資源豐富，大量的工業余熱沒有得到充分的利用，冶金爐和工業窯爐的排煙溫度多在2001300c之間，排煙熱損失占供熱量的3050%。工業鍋爐白排煙溫度在200250c左右，每年損失的燃料折合標準煤達2000萬噸左右。在電力工業中，不少電站鍋爐排煙溫度可高達160180c左右.由此可見，其中存在著巨大的節能潛力。采用合適的技術措施，回收這些余熱是節約能源和提高能源的利用率的重要途徑.在回收余熱時，由于煙氣的溫度水平較低，換熱器冷、熱流體的對數平均溫差較小，所以需要較大的換熱面積，金屬消耗量大，設備投資施工費

29、用大。而且由于煙氣在換熱器內流程長，流動阻力較大，引風機，耗電增大。此外，在低溫余熱回收中常常出現低溫腐蝕。所以，在80年代前一般認為回收250c以下的余熱在經濟上是不合算的.在余熱回收及利用的領域中，熱管換熱器與常規換熱器相比有著獨特的優點，所以得到了廣泛的應用。一，冷熱流體兩側的換熱面可以自由布置，熱管換熱器傳熱性能好.在熱管換熱器中，冷、熱流體都在熱管的外表面流動，冷、熱流兩側的換熱面可以自由布置，可以在熱管的一側或兩側布置肋片強化傳熱，與常規換熱器相比，熱管換熱器具有較高的傳熱系數。常規管板式和蛇形管式換熱器只能布置成交叉流的形式，熱管換熱器的冷、熱流體可以布置成純逆流形式，具有較高的

30、對數平均溫差。所以熱管換熱器傳熱性能好，重量輕，體積小。更適用于溫度、流量、流體性質相差懸殊的兩種流體間的傳熱。最具代表性是氣.氣熱管換熱器，這種換熱器的兩種流體都是氣體。由于可以在蒸發段和冷凝段熱管外表面同時加翅片，使肋化比達到810,克服了氣體換熱系數小的缺點，從而大大強化了整個氣.氣換熱過程，在同樣的空間里可以布置比管式換熱器大23倍的換熱面。其中的熱管空氣預熱器，解決了低溫受熱面的腐蝕、回轉式空氣預熱器的漏風問題，在熱能工程中得到了成功的應用二、流動阻力損失小由于熱管換熱器傳熱性能好，換熱面小，所以流體流過的熱管排數少，流動阻力損失相應減小?；厥沼酂釙r送、引風機的功率增加不多有利于已有

31、設備的節能改造.三、抗低溫腐蝕性能好圖1-5傳熱溫度分布回收煙氣余熱是有一定限制的，即排煙溫度不能過低。當排煙溫度過低，換熱器金屬壁面溫度低于煙氣露點時，換熱設備會發生低溫酸腐蝕。低溫腐蝕是在低溫余熱回收中必然出現的問題。根據傳熱學得到煙氣側壁溫。四、二次間壁換熱特性；常規間壁換熱器只要有一處損壞，冷、熱兩種換熱流體就會相通而發生泄露必須停車檢修.熱管換熱器是二次間壁換熱，即使單根熱管破壞，冷、熱兩種換熱流體也不可能相混，無須停車檢修，保證了現代化、連續大生產實現安全、可靠及長周期運行，對于易燃、易爆、有毒、有害流體的加熱或余熱回收有特殊的意義。在高爐設備的風口、渣口、反應設備的中間換熱、催化

32、裂化的連續取熱、重要生產中的余熱回收等過程中.必將代替傳統換熱設備而取得顯著的經濟效益.五、撓性熱管和分離式熱管換熱器可以在熱源、熱匯分隔較遠的情況下進行高效傳熱，分隔的距離可以從幾米到上百米。六、熱管換熱器運行時表面近于等溫，用它來保持恒溫環境是很理想的。七、熱管換熱器結構簡單、無運動部件，不需要外加動力，安裝布置方便，維修工作量小.綜上所述.熱管換熱器是一種理想的用于余熱回收的換熱設備，可以成功地解決常規換熱器存在的傳熱性能差、磨損、腐蝕、堵灰及泄露等難題，提高了系統的可靠性和經濟效益，有著十分廣闊的發展前景。1。2。3熱管式換熱器與其它類型換熱器比較表11各種換熱器比較備注：表中括弧中的

33、數字表示品質因數，最好為5,最差為0;總計因數越高，其綜合性能越優良.1.2.4熱管換熱器技術展望近年來，熱管換熱器熱加工工藝模擬不斷向廣度、深度拓展，其技術發展趨勢是（1）宏觀一中觀-微觀已普遍由建立在溫度場、速度場、變形場基礎上的旨在預測形狀、尺寸，輪廓的宏觀尺度模擬（mm-m級）進入到以預測組織、結構、性能為目的的中觀尺度模擬（毫米量級）及微觀尺度模擬（微米量級）階段。（2）單一分散-耦合集成模擬功能已由單一的物理場模擬普遍進入到多種物理場相互耦合集成的階段，以真實模擬復雜的熱加工過程.（3）共性、通用一專用、特性由于普通鑄造、沖壓、鍛造工藝模擬的日益成熟及商業軟件的出現，熱管換熱器研究

34、工作的重點和前沿已由共性通用問題轉向難度更大的專用特性問題。主要方向一是解決特種熱加工工藝（如壓鑄、金屬型鑄造、楔橫軋等）模擬及工藝優化問題；二是解決加工件的缺陷（混晶、回彈、熱裂、冷裂、變形等）消除問題。(4)重視提高數值模擬精度和速度的基礎性研究主要有：熱管換熱器熱加工基礎理論、缺陷形成機理及判據、新的數理模型、新的算法、前后處理等基礎性研究及物理模擬與精確測試技術等。(5)重視集成技術，使熱管換熱器工藝模擬成為先進制造系統的重要組成部分包括：在并行環境下，與產品、模具CAD/CAE/CAM系統集成，與零件加工制造系統集成，與零件的安全可靠性能實現集成.1。3換熱器應用前景及研究進展1。3

35、.1我國換熱器市場規模單位1億元T6OO140020.00?o12D0100015 0Q%000W 口。“U6001005.OO?b2007200S2009 2010E 2O11E 2012E 201SE 2011E 2015E 2020E圖1-6我國換熱器產業市場規模圖基于石油、化工、電力、冶金、船舶、機械、食品、制藥等行業對換熱器穩定的需求增長，我國換熱器產業在未來一段時期內將保持穩定增長。預計到2010年年底，我國換熱器的市場需求將達到500億元。其中，石油化工領域仍然是換熱器產業最大的市場，具市場規模在150億元；電力冶金領域換熱器市場規模在80億元左右；船舶工業換熱器市場規模在40億

36、元以上；機械工業換熱器市場規模約為40億元；集中供暖行業換熱器市場規模超過30億元，食品工業也有近30億元的市場.另外，航天飛行器、半導體器件、核電常規島核島、風力發電機組、太陽能光伏發電多晶硅生產等領域都需要大量的專業換熱器，這些市場約有130億元的規模。預計2010年至2020年期間，我國換熱器產業將保持年均1015流右的速度增長.到2015年，我國換熱器產業規模將突破880億元；到2020年我國換熱器產業規模有望達到1500億元。2國際市場換熱器發展情況圖1-7國際換熱器分布圖國際換熱器產業的總市場規模在500億美元左右。其中，歐盟和美國這兩大市場的規模約占200億美元左右，占據全球換熱

37、器市場近40%的份額.而世界換器市場新的增長點主要集中于中國、俄羅斯、巴西、印度以及快速發展的東南亞市場，其中，“金磚四國”約占全球換熱器市場近30%勺份額。圖18國際換熱器分布圖1.3.3我國換熱器研究進展及存在的問題我國換熱器產業雖然起步較晚，但經過10多年的發展，也取得了較大進展。尤其最近幾年來，大量的強化傳熱技術應用于工業裝置，我國換熱器產業在技術水平上獲得了快速提升，板式換熱器日漸崛起.如蘭石換熱設備公司板式換熱器成功進入國內核電建設項目常規島和核島領域，并陸續將板式換熱器用于大乙烯項目、鈦白粉生產線等領域。四平巨元瀚洋板式換熱器公司也成功進入大亞灣二期嶺澳核電站的常規島和核島領域.

38、當然，與國外換熱器先進制造工藝相比，我國換熱器制造技術還相當落后，有待進一步改進。主要表現在：（1）相關科研人員對基礎理論和基礎技術的研究不夠重視，例如從基礎物性（尤其是熱物性）的研究、傳熱與流動的研究（釬焊板式換熱器冷凝與蒸發,纏繞管式換熱器和板翅式換熱器多股介質的傳熱與流動），U型管在不同熱處理狀態的應力腐蝕試驗、無縫管對接接頭在繞管狀態下的應變時效、加氫換熱器管箱端部螺紋的應力分析和應力測定等方面都有許多工作要做。（2）某些制造工藝尚需突破,例如螺旋板式換熱器碳鋼定距柱的接觸焊、板式換熱器（含板殼式換熱器）的激光焊工藝、細管液壓脹管新途徑等。（3）另外在換熱器制造上，我國目前還以仿制為主

39、，雖然在整體制造水平上差距不大，但是在模具加工水平和板片壓制方面與發達國家還有一定的差距。第2章確定設計方案2。1選擇換熱器類型根據題意，本設計中直選用熱管式換熱器。由于熱管換熱器與其他換熱器比較具有熱平均溫差大，傳熱性能高；布置靈活、結構緊湊，可以改變熱管根數任意組合,增大換熱面積，故可用較少的熱管保證熱量的傳遞；工作安全可靠，即使其中一根發生故障，也不影響整個換熱器的工作；檢修方便、維修量少、操控性強等優點。因此熱管換熱器被廣泛應用于余熱的回收，尤其在工業生產中，各種熱力設備的排煙、排氣、排水、排渣等，凡是有余熱可回收的地方都可以應用。2.2熱管的設計熱管的設計主要包括：管殼的設計、工作介

40、質選擇、吸濾芯材料選擇、中間密封結構設計及相關的設計計算等（熱管的主要參數見表21）。其中熱管直徑、熱管長度、翅片的結構參數（翅片間距、翅片高度、翅片厚度）決定翅片效率和翅化比，對熱管換熱器的傳熱及流阻性能影響較大，并涉及換熱器的緊湊性、投資和運行費用在設計熱管時所依據的都是經驗，當煙氣的流量、溫度一定時，如何確定熱管的直徑、翅片高度、翅片厚度、翅片間距、熱管管間距、熱管長度等結構尺寸并沒有準確的依據。這也影響了熱管氣-氣換熱器的應用.表.1熱管換熱器用熱奢玉要參數使用場合整數蠢數空調及一般行業工業大型裝立普注管長/mm610-48803000-6000LL210nm名為有色金屬煙氣側期片節距，-位