熱平衡與節能技術熱管及工作原理背景熱管熱管的基本知識1936年,J.帕金斯,熱虹吸管,重力熱管1944年,高斯勒:毛細吸液芯概念1962年,格羅弗制造出樣品:鈉-不銹鋼-絲網1968年,應用衛星儀器溫度控制1970年,應用范圍擴大:電子\機械\能源\動力我國,1972年,試制成功鈉熱管用途:冷卻\新能源開發\余熱回收\傳熱熱管的發展與現狀熱管的結構和工作原理典型的熱管結構工作原理熱力學角度:液體蒸發—蒸汽流動—蒸汽凝結—液體回流(循環)傳熱學觀點:熱量傳遞經歷7個環節流體力學觀點:熱管兩端壓差工作液體流動壓力降工作蒸汽流動壓力降重力作用壓力降毛細吸液芯熱管的基本知識熱管的分類按熱管的工作溫度劃分:按熱管的工作液體回流方式分:按熱管的結構劃分按熱管的殼體材料和使用工質劃分:按熱管的功能劃分熱平衡與節能技術熱管的基本特性熱管的基本特性高導熱性——熱管內部主要靠工作液體的汽、液相變傳熱，熱阻很小，因此具有很高的導熱能力。與銀、銅、鋁等金屬相比，單位重量的熱管可多傳遞幾個數量級的熱量。當然，高導熱性也是相對而言的，溫差總是存在的，不可能違反熱力學第二定律，并且熱管的傳熱能力受到各種因素的限制，存在著一些傳熱極限。良好的等溫性——熱管內腔的蒸汽是處于飽和狀態，飽和蒸汽的壓力決定于飽和溫度，飽和蒸汽從蒸發段流向冷凝段所產生的壓降很小，其溫降亦很小，因而熱管具有優良的等溫性。

熱管的基本特性熱流密度可變性——熱管可以獨立改變蒸發段或冷卻段的加熱面積，即以較小的加熱面積輸入熱量，而以較大的冷卻面積輸出熱量，或者熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，這樣即可以改變熱流密度，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。熱管的基本特性熱流方向可逆性——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做為蒸發段，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點可用于宇宙飛船和人造衛星在空間的溫度展平，也可用于先放熱后吸熱的化學反應器及其他裝置。熱管的基本特性熱二極管與熱開關性能——熱管可做成熱二極管或熱開關，所謂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時，熱管就不傳熱。熱管的基本特性恒溫特性——（可控熱管）普通熱管的各部分熱阻基本上不隨加熱量的變化而變，因此當加熱量變化時，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但人們發展了另一種熱管—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，這樣可使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。熱管的基本特性環境適應性——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）。熱管的基本特性熱平衡與節能技術熱管換熱器及其應用熱管及熱管換熱器熱管及熱管換熱器熱管換熱器——由許多單根熱管組成的換熱器特點：結構簡單，換熱效率高；壓力損失小；安全可靠；靈活調溫類型與結構：按照熱流體和冷流體的狀態，熱管換熱器可分為：氣—氣式、氣—汽式、氣—液式、液—液式、液—氣式按結構型式分：熱管換熱器又可分為整體式、分離式、回轉式和組合式

熱管及熱管換熱器整體式熱管換熱器熱管及熱管換熱器熱管及熱管換熱器

整體式熱管換熱器的特點：*傳熱效率高——熱管的冷、熱側均可根據需要采用高頻焊翅片強化傳熱；*能避免冷、熱流體的串流，每根熱管都是相對獨立的密閉單元，冷、熱流體都在管外流動，并由中間密封板嚴密的將冷、熱流體隔開；*防止和降低露點腐蝕，通過調整熱管根數或調整熱管冷熱側的傳熱面積比，使熱管的管壁溫度盡量提高到露點溫度以上或在合適的區域；*有效的防止積灰，換熱器設計可采用變截面結構，保證流體進出口等流速流動，達到自清灰的目的；*無任何轉動部件，沒有附加動力消耗，不需要經常更換元件，即使有部分元件損壞，也不影響正常生產；*單根熱管的損壞不影響其它的熱管，同時對整體換熱效果的影響也可忽略不記。熱管及熱管換熱器分離式熱管換熱器*裝置的受熱段和放熱段可視現場情況而分開布置，可實現遠距離傳熱，這就給工藝設計帶來了較大的靈活性，也給裝置的大型化、熱能的綜合利用以及熱能利用系統的優化創造了良好的條件；*工作介質的循環是依靠冷凝液的位差和重力作用，不需要外加動力，無機械運行部件，增加了設備的可靠性，減少了運營費用；*熱側和冷側彼此獨立，易于實現流體分隔、密封；*加熱段與冷凝段管束可根據冷、熱流體的性能及工藝要求選擇不同的結構參數和材質，從而可有效地解決設備的露點腐蝕和積灰問題；熱管及熱管換熱器*根據工藝要求，可以將流體順、逆流混合布置，以適應較寬的溫度范圍；*系統換熱元件由多片熱管管束組成，各片之間相互獨立，因此，其中一片甚至幾片損壞或失效不會影響整個系統的安全運行。熱管的應用熱管節能裝備在石化行業中的應用石化企業，尤其是煉油廠有各種加熱爐，其排出的廢煙氣通過熱管空氣預熱器加熱空氣，再送入加熱爐助燃，可以節省燃料，提高爐子的熱效率。這種熱管空氣預熱器可以做成頂置式和落地式兩種形式，為石化企業的節能降耗起到重要的作用。熱管的應用*石化行業加熱爐余熱回收某煉油廠加熱爐用的熱管空氣預熱器熱管的應用石化行業常減壓裝置用大型熱管換熱器施工現場熱管的應用某化工廠加熱爐熱管空氣預熱器某石化二聯合加熱爐熱管空預器熱管的應用熱管在石油化工中應用的國內外研究：利用熱管的等溫性均化床層溫度得到較高的轉化率和收率；利用熱管的可變導特性控制反應床溫度不使超溫或過冷；利用熱管的源匯分隔特性提高設備使用的可靠性；利用熱管熱流體密度可變的特點改善和強化反應設備的傳熱條件。熱管化學反應器的開發研究（涉及到原料的組成、催化劑活性、停留時間等一系列因素），開發速度進展緩慢。開發前景誘人。熱管的應用*熱管裂解爐特點：高溫（750℃以上)強吸熱；要求：溫度分布均勻，物料在爐內停留時間要短，烴的分壓要低；形式：一般為管式爐。

研究的熱管裂解爐在吸取管式爐優點的基礎上設法使裂解溫度均勻，停留時間縮短，烴的分壓降低。熱管的應用熱管乙苯脫氫反應器

反應器形式

乙苯/水

反應溫度單程轉化率相同轉化率下苯乙烯選擇性

生產能力

/重量比

/℃

/%

/%/kg苯乙烯/(h·m3催化劑)絕熱式1/2~3630~65035~6090~94650~675外加熱式1/1~15580~61040~6092~94210熱管式1/1.2~1.4在接近最佳溫度下反應50~5895~97355熱管的應用環已醇脫氫化學反應器

環已醇從原料貯槽經計量泵進入蒸發器并汽化，然后由過熱器將原料氣過熱至反應溫度并從反應器底部進入，在反應器內經Zn-Ca催化劑作用進行吸熱反應，反應后的氣體從反應器頂部進入冷凝器和冷卻器，冷卻后的環已醇進入成品貯槽。高度

H/m

床層軸向溫度分布及比較

熱管的應用熱管化學反應釜熱管的應用針對某石化企業的原蒸餾常減壓爐空氣預熱器系統存在設備老化、泄漏點多、檢修困難、熱效率低等問題，特別是目前加工進口高含硫原油需要進行配套改造，采用了分離式熱管換熱器，其結構布置如圖所示。不同管線、不同溫度和壓力的常二線、常三線油分別流經分離式熱管換熱器的加熱段，其加熱段結構形式類似于固定管板式換熱器，熱流體油走殼程，管程為熱管工質，分離式熱管換熱器的冷凝段為翅片管束換熱器，需要加熱的空氣流經管外，管內通過上升管與下降管與下部換熱器的管程相連，形成工質循環回路。

分離式熱管油-氣換熱器熱管其他應用介紹熱管在我國航天上的應用要求：質量小、高性能、高可靠、長壽命和能耐受空間環境（微重力、發射時的力學環境、空間粒子輻射等）航天器常用的熱管—鋁合金軸向槽道熱管工質：氨、丙酮、氮、氖返回艙壁周向溫度的不均勻影響采用熱管使艙壁溫度均勻化返回艙8圈30根，膠接。艙內空氣溫度19oC時最低艙壁溫度為13.5oC。軌道艙8根，2米，用于拉平軸向溫差。熱管其他應用介紹熱管在化工行業應用30萬噸/年合成氨一段爐空預器化工廢棄物焚燒節能產汽系統——

高溫熱管蒸汽發生節能裝置熱管其他應用介紹熱管技術在硫酸工業中的應用在硫磺制酸、硫化氫制酸、硫鐵礦制酸和冶煉煙氣制酸等工藝過程中均產生大量高溫、高含硫工藝氣體，它需要降溫后才能進入轉化塔進行逐級轉化并放出大量的熱能，利用高溫氣體和其轉化過程中放出的熱量，通過由蒸汽發生器、高溫過熱器、中溫過熱器、熱管省煤器組成的能量回收系統，來產生中壓或低壓蒸汽，用于發電或生產和民用，該系統裝置技術含量高，經濟效益顯著。熱管其他應用介紹熱管在建材行業應用熱管式高溫熱風爐第一臺高溫熱管換熱器——獲國家技術發明獎熱管其他應用介紹熱管在冶金行業應用(1)燒結系統余熱回收——國家火炬計劃項目(2)煉鐵高爐熱風爐煤氣、空氣雙預熱分離式熱管換熱器(3)220T/h全燒高爐煤氣鍋爐分離式熱管煤氣預熱器(4)

銅冶煉行業應用（5）錳冶金行業應用——國內外第一套氧化還原反應熱管熱量移出系統（6）煉鋼行業應用——國內外第一套熱管式電爐余熱回收系統熱管其他應用介紹熱管在穩定凍土路基上的應用青藏鐵路是國家重大建設工程，也是世界上最著名的工程之一。青藏鐵路格爾木至拉薩段全長1142公里，連續多年凍土區有547公里。凍土層冬季凍結夏季消融，建設于凍土之上的鐵路會扭曲變形導致災難。由于熱棒具有單向導熱性，可使地下的凍土層變厚，加固凍土的強度，增加凍土的冷儲量，即使夏季也不會融化松動，可以形成永久的凍土層。青藏鐵路工程專家組論證認為，低溫熱棒技術是目前解決青藏鐵路凍土變形最有效而經濟