热3018热管余热回收装置的试验研究

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1、编号：热3018热管余热回收装置的试验研究辛明道陈远国谢欢德高明聪雷亨顺童明伟石程名黄正旭重庆大学热力工程系工程热物理研究室中国工程热物理学会第一届热管会议传热传质学会一九八三年八月热管余热回收装置的试验研究辛明道陈远国谢欢德高明聪雷亨顺童明伟石程名黄正旭重庆大学工程热物理研究室提要本文论述余热回收装置中采用热管和两相闭式热虹吸管作传热元件的传输性能，包括最大传输功率，蒸发和凝结段的径向热阻，热管倾角和充液率的影响，以及低碳钢一水热管相容性试验。试验结果表明，钢一水热管内加缓蚀剂，钢管内表面镀铜和表面钝化处理，均可以在实践中试

2、用，特别是加缓蚀剂的措施十分简便，性能稳定良好。简介余热回收热管空气预热器的热设计程序、计算方法和工业性应用。代用符号a导温系数Q传热率B换热器宽度Q1每支热管的平均传热率CP定压比热r半径d直径R单支热管总热阻f流动阻力系数R1热流体侧对流热阻F面积R2热管蒸发段管壁导热热阻g重力加速度R3热管蒸发段沸腾热阻hf肋高R4热管凝结段凝结热阻L热管长度R5热管凝结段管壁导热热阻m=R6冷流体侧对流热阻N热管总数Rc,r凝结段径向热阻NL排数Re,r蒸发段径向热阻NT每排热管数Ri热管内热阻△P流动压力损失ST管簇横向间距q热流密

3、度SL管簇纵向间距t,T温度min最小值tf室温上标△t换热器进，出口温差’进口△T温差”出口V流速Re=Vmaxd0/vV容积流量Nu=αd0/λ下标Pr=v/aa绝热段α换热系数c凝结段δ壁厚e蒸发段ε肋化系数f肋片η肋效率i内θ热管与水平方向的夹角o外，标准状态θv热管与垂直方向的夹角con导热λ导热系数m平均ν运动粘度v蒸汽ρ密度w管壁τ时间1热流体充液率2冷流体φ污染系数max最大值ψ气流阻断系数一、前言余热利用已成为我国国民经济发展中节省能源、提高燃料利用系数的最重要途径之一。在各种可能的余热利用方案中，预热进炉膛

4、的空气，产生热水或蒸汽，即是余热的直接利用通常是最为有效。就采用烟气一空气热交换而言，用热管和两相闭式热虹吸管作传热元件的肋片式换热器，是一种高效能换热器，优越性是明显的。这种热管换热器和普通的气一气管式换热器比较，具有体积小、重量轻、传热功率大、流阻低等许多优点。尤其是近年来，水一钢热管相容性问题的近于解决，使热管换热器成本大幅度地降低，可以说是热管应用中的一个大突破，为各工业部门广泛推广应用热管技术奠定了基础。重庆大学工程热物理研究室热管科研组自1977年以来，对热管余热回收装置，特别是对用作传热元件的热管传输性能和热管材

5、料的相容性问题进行了试验研究，做过各种可能的探索。在热管结构形式上包括丝网干道，轴向槽道的重力辅助热管和两相闭式热虹吸管（即重力热管）；在热管工作流体上主要采用蒸馏水，也试验过硫热管；在管体结构材料上包括铜管、铜——钢复合管和低碳钢管。先后同兰州炼油厂和兰州石油机械研究所，重庆钢铁设计研究院，重庆玻璃厂，重庆搪瓷厂，都江电厂等签订协议，根据这些单位的要求完成热管余热回收装置的有关试验研究工作。二、重力辅助热管和两相闭式热虹吸管的传热性能1、1500mm长水一铜重力辅助热管的传热性能根据对兰炼厂加热炉空气预热器的初步设计，合作协

6、议要求提供1500mm长、传输功率不小于3千瓦的水一铜重力辅助热管的传热性能[1、2、3、4]，为气一气热管换热器提供设计依据，热管要适应水平略微倾斜和竖直放置两种可能性。试验样件之一的条件如下：紫铜管壳φ25×2，加热段长Le=900mm,Lc=500mm,La=100mm,凝结段管外为铝合金绕制肋片，hf=12.5mm,sf=2.3mm,δf=0.3mm。热管内有轴向丝网干道吸液芯，蒸发段放置2×100目铜网作径向传输，试验热管结构和实验装置见图1和图2。热电偶1到5用来测量蒸发段外管壁温度，放入导管内的铠装热电偶6、7用

7、来测量蒸汽的温度，热电偶8-10测量凝结段外壁温度。热管采用单级真空泵抽真空和煮沸排气法制作，得到同样满意的效果。充蒸馏水量为蒸发段容积的百分率，即=25~35%获得良好的工作性能，当热管水平放置或倾角不大时，充液率大于40%时出现周期性的冲击声和伴随着的机械振动。热管与水平方向倾角θ对传输最大功率的影响由图3上的实验结果表示出来。当θ=0时，最大传输功率（毛细极限）Qmax=500瓦，但θ≥3°时，则Qmax≥3千瓦。当θ大于约20°后，热管内的毛细结构物失去作用，这时热管蒸发段和凝结段的径向温差亦无明显变化，试验数据的对比

8、如下：θ，%Q，瓦△te,con,℃△tc,con,℃3°3222407.18.490°3218806.16.2为简化热管加工工艺，凡属放置方式容许，应当采用重力热管（两相闭式热虹吸。）热管蒸发段和凝结段的管外壁温度（twe,twc）和工作蒸汽温度tv随传输功率的变化关系表示