分离式热管换热器优化探究

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1、分离式热管换热器优化探究　　摘要：伴随着我国经济的迅速发展，根据已经公开发表的统计数据，我国建筑能耗已经占据全部能源消费总量的四分之一之上，并将随着人民生活品质的改善而渐渐扩大到三分之一以上；建筑能耗巨大，且效率不高，损失严重，建筑能耗中，大约50%~60%用于空调制冷与采暖系统，20%~30%用于照明[1]。2005年07月01日，《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005公布实施，其中明确提出了空调系统排风热回收的设计原则与实施方法。紧随其后，全国各地相继出台了适合本地区的节能设计标准，其中具体细化了空调系

2、统热回收的准则。工程实践中，空气调节系统如果使用传统的能量回收装置，需要设置较长的空气输送管道，将新风、排风汇聚到同一专用地点进行热交换，带来诸如管道管径激增、机房面积增大，噪音升高及投资加大等一系列问题。热管是热传输性能极佳的元件，其中，分离式热管结构简单、高效节能、性能可靠、布置灵活且汽液同向流动，并可实现远距离传送。因此，分离式热管倍受瞩目。空气调节系统中，热回收装置统多处于常温状态，故空调用热管为常温热管。7实验结果表明，充注不同工质的条件下，分离式热管换热器上升管与下降管的温度分布曲线，其变化趋势一致。基于

3、实验研究的成果之上，本文提出了强化分离式热管传热性能的方法。关键词：空气调节；节能；热回收；分离式热管；传热性能中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：引言近年来，分离式热管因具有其的独特的性能而备受我国学者的关注，进而对分离式热管进行了广泛的基础理论和工程应用研究；如：中船重工711研究所，探讨了分离式热虹吸管组的传热特性；华东船舶工业学院设计了模型，并用实验研究方法讨论了的分离式热管换热器的传热性能；东北大学开展了大量的理论研究和实验探索，讨论了分离式热管充液量的与其传热性能的关系；哈尔滨工业大学[2,3].

4、则创造性的把分离式热管应用到采暖系统，实验结果表明，与传统的热水采暖系统相比，同样性能良好，这些成果为分离式热管的进一步研究指明了方向，为其产品化打下坚实基础。7当前，各个科研院所与厂矿企业对分离式热管的研究多在工业领域，所用的热管温度通常较高，其适宜的工作温度一般都大于200℃；空气调节系统所用的热管大多数在常温下工作，而现有的研究成果与商业产品大多针对于工业领域，而对空调系统所用的常温热管的研究则较少，大多数既有的研究结论通常不适用于常温热管；适用于空调系统的分离式热管工作环境温度不同，采用的工质与换热器材质也不

5、同。为此，本文对常温下分离式热管换热器的换热特性进行研究。本文采用理论分析与实验研究相结合的方法，对空调用分离式热管换热器进行优化研究。本文的主要研究内容如下：1.分离式热管换热器入口送风温度和送风速度对换热效果的影响；2.确定分离式热管换热器的最优充液率范围；3.分离式热管换热器的温度分布特性。分离式热管的工作原理概述分离式热管是热管的一个改进产品，所谓“分离式”是相对于“整体式”而言。传统的热管蒸发段和冷凝段在一根管子的两端，而分离式热管的蒸发段与冷凝段则是分开布置的，蒸汽上升管与液体下降管把二者连接起来，在重力

6、的作用下自然循环，如图1所示；一定质量的工质被充入分离式热管内，运行时，工质首先沉降在蒸发段，当热流体流经蒸发段时，工质受热蒸发而变成蒸汽，蒸汽压力不断升高，蒸汽经由蒸汽上升管到达冷凝段，进而分配至各冷凝管，蒸汽在冷凝段被冷流体冷却，冷凝放热而凝结成液体，在重力的作用下，从下降管回到蒸发段。周而复始，实现热量的不间断传递。7图1分离式热管的结构示意图分离式热管的蒸发段一定要低于冷凝段，液体下降管与蒸汽上升管之间存在密度剪刀差，分离式热管的运转动力即为该密度差形成的压差；此压差与冷凝段和蒸发段的高差关系紧密，可克服蒸汽

7、流动与液体流动阻力损失，并维持系统的正常运转而不需要额外增加动力。2实验装置及结论与分析2.1实验装置的设计实验台如图2，由分离式热管换热器、压缩式制冷系统、电气控制系统及数据采集装置组成。图2实验台示意图7处理过程如下：离心风机启动后，新风(状态A)经过分离式热管换热器蒸发段后，温度被冷却到状态B，热管蒸发段内的工质被加热到对应温度下的的饱和状态，之后产生沸腾，管内保持恒温蒸发，液体工质变为蒸汽；被热管蒸发段降温后的空气流过压缩制冷循环的蒸发器，空气再次被冷却，同时被除湿，空气温度进一步降为状态C，低温空气作为热管

8、冷凝器的冷源，冷却热管冷凝器内的工质，维持热管的正常运行；低温空气继续向前流动，经过热管冷凝器之后，空气被加热，热管冷凝器内的饱和制冷剂蒸汽被冷却，冷凝成液体，空气变成状态D；随后，空气流经压缩制冷循环的冷凝器，被再次加热后变成状态E，最终送入室内。2.2实验装置的构成2.2.1分离式热管换热器分离式热管换热器的管排中心间距35mm，管间中心间