热管的换热原理及其换热计算

热管的换热原理及其换热计算

一热管简介

热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。

热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。其结构如图所示：

热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。蒸发段

的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。

在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。

(1) 产品展示

(2) 产品参数说明

项目技术参数

热管长度> 100mm

主体材料铜管

毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管

工作介质冷媒

设计工作温度30~200℃

设计使用倾角> 5°

传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号)热阻系数< 0.08℃/W (参考值)

传热功率测试原

理

测试总体要求

1）加热功率有功率调节仪控制输入；

2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)；

3）管壁上监测点的温度变化在5min 内小于0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传热功率为最大传热功率。

(3) 产品性能测试图例

图1 长度700mm的真空退火管最大传热功率测试

图2 热管等温性测试曲线

二热管技术的原理应用与发展

热管传热利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外。采用热管技术使得散热器即便采用低转速、低风量电机，甚至不需风机，完全采用自冷方式，同样可以得到满意的散热效果，使得困扰风冷散热的噪音问题以及大功率电力模块散热问题得到良好解决，开辟了散热行业的新天地。

1.热管的基本工作原理

工作原理

物体的吸热、放热是相对的，凡是有温度差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。热传递有三种方式：辐射、对流、传导，其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部被抽成负压状态，充入适当的液体，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为蒸发段（简称热端），另外一端为冷凝段（简称冷端），当热管蒸发段受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

组成与工作过程

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成1．3×(10-1－－－10-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁毛细多孔材料中的吸液芯充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段(加热段)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两段中间可布置绝热段。当热管的一端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端，放出热量凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不己，热量由热管的一端传至另—端。热管在实现这一热量转移的过程中，包含了以下六个相互关联的主要过程：

(1)热量从热源通过热管管壁和充满工作液体的吸液芯传递到（液－－汽）分界面；

(2)液体在蒸发段内的（液－－汽）分界面上蒸发；

(3)蒸汽腔内的蒸汽从蒸发段流到冷凝段；

(4)蒸汽在冷凝段内的汽－－液分界面上凝结；

(5)热量从（汽－－液）分界面通过吸液芯、液体和管壁传给冷源；

(6)在吸液芯内由于毛细作用使冷凝后的工作液体回流到蒸发段。

工作条件

图1热管管内汽-液交界面质量流、压力

和温度沿管长的变化示意图

图1表示了热管管内汽-液交界面形状，蒸气质量、流量、压力以及管壁温度Tw和管内蒸气温度Tv沿管长的变化趋势。沿整个热管长度，汽-液交界处的汽相与液相之间的静压差都与该处的局部毛细压差相平衡。

热管正常工作的必要条件是△ Pc ≥△Pl +△ P v +△ Pg

其中△ Pc：毛细压头—是热管内部工作液体循环的推动力，用来克服蒸汽从蒸发段流向冷凝段的压力降△Pv，冷凝液体从冷凝段流回蒸发段的压力降△Pl，和重力场对液体流动的压力降△Pg(△Pg可以是正值,是负值或为零,视热管在重力场中的位置而定)。

2.热管的基本特性

热管是依靠自身内部工作液体相变来实现传热的传热元件，具有以下基本特性。

很高的导热性

热管内部主要靠工作液体的汽、液相变传热，热阻很小，因此具有很高的导热能力。与银、铜、铝等金属相比，单位重量的热管可多传递几个数量级的热量。当然，高导热性也是相对而言的，温差总是存在的，可能违反热力学第二定律，并且热管的传热能力受到各种因素的限制，存在着一些传热极限；热管的轴向导热性很强，径向并无太大的改善(径向热管除外)。

优良的等温性

热管内腔的蒸汽处于饱和状态，饱和蒸汽的压力决定于饱和温度，饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段所产生的压降很小，根据热力学中的方程式可知，温降亦很小，因而热管具有优良的等温性。

热流密度可变性

热管可以独立改变蒸发段或冷却段的加热面积，即以较小的加热面积输入热量，而以较大的冷却面积输出热量，或者热管可以较大的传热面积输入热量，而以较小的冷却面积输出热量，这样即可以改变热流密度，解决一些其他方法难以解决的传热难题。

热流方向可逆性

一根水平放置的有芯热管，由于其内部循环动力是毛细力，因此任意一端受热就可作为蒸发段，而另一端向外散热就成为冷凝段。此特点可用于宇宙飞船和人造卫星在空间的温度展平，也可用于先放热后吸热的化学反应容器及其他装置。

热二极管与热开关性能

热管可做成热二极管或热开关，所谓热二极管就是只允许热流向一个方向流动，而不允许向相反的方向流动；热开关则是当热源温度高于某一温度时，热管开始工作，当热源温度低于这一温度时，热管就不传热。

恒温特性(可控热管)

普通热管的各部分热阻基本上不随加热量的变化而变，因此当加热量变化时，热管各部分的温度亦随之变化。近年来出现了另一种新型热管——可变导热管，使得冷凝段的热阻随加热量的增加而降低、随加热量的减少而增加，这样可使热管在加热量大幅度变化的情况下，蒸汽温度变化极小，实现温度的控制，这就是热管的恒温特性。

环境的适应性

热管的形状可随热源和冷源的条件而变化，热管可做成电机的转轴、燃气轮机的叶片、钻头、手术刀等等，热管也可做成分离式的，

以适应长距离或冲热流体不能混合的情况下的换热；热管既可以用于地面(重力场)，也可用于空间(无重力场)。

3.热管的分类

由于热管的用途、种类和型式较多，再加上热管在结构、材质和工作液体等方面各有不同之处，故而对热管的分类也很多，常用的分类方法有以下几种。

(1)按照热管管内工作温度区分热管可分为：低温热管(—273－－－0℃)、常温热管(0—250℃)、中温热管[250－－－450℃)、高温热管(450一1000℃)等。

(2)按照工作液体回流动力区分热管可分为：有芯热管、两相闭式热虹吸管(又称重力热管)、重力辅助热管、旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管、渗透热管等等。

(3)按管壳与工作液体的组合方式划分(这是一种习惯的划分方法)可分为：铜—水热管、碳钢—水热管、铜钢复合—水热管、铝—丙酮热管、碳钢—萘热管、不锈钢—钠热管等等。

(4)按结构形式区分可分为：普通热管、分离式热管、毛细泵回路热管、微型热管、平板热管、径向热管等。

(5)按热管的功用划分可分为：传输热量的热管、热二极管、热开关、热控制用热管、仿真热管、制冷热管等等。

4.热管的相容性及寿命

热管的相容性是指热管在预期的设计寿命内，管内工作液体同壳体不发生显著的化学反应或物理变化，或有变化但不足以影响热管的工作性能。相容性在热管的应用中具有重要的意义。只有长期相容性良好的热管，才能保证稳定的传热性能，长期的工作寿命及工业应用的可能性。碳钢－水热管正是通过化学处理的方法，有效地解决了碳钢与水的化学反应问题，才使得碳钢—水热管这种高性能、长寿命、低成本的热管得以在工业中大规模推广使用。

影响热管寿命的因素很多，归结起来，造成热管不相容的主要形式有以下三方面，即：产生不凝性气体，工作液体热物性恶化，管壳材料的腐蚀、溶解。

(1)产生不凝性气体：

由于工作液体与热管材料发生化学反应或电化学反应，产生不凝性气体，在热管工作时，该气体被蒸汽流吹扫到冷凝段聚集起来形成气塞，从而使有效冷凝面积减小，热阻增大，传热性能恶化，传热能力降低甚至失效。

(2)工作液体物性恶化：

有机工作介质在一定温度下，会逐渐发生分解，这主要是由于有机工作液体的性质不稳定，或与热管壳体材料发生化学反应，使工作

介质改变其物理性能，如甲苯、烷、烃类等有机工作液体易发生该类不相容现象。

(3)管壳材料的腐蚀、溶解：

工作液体在管壳内连续流动，同时存在着温差、杂质等因素，使管壳材料发生溶解和腐蚀，流动阻力增大，使热管传热性能降低。当管壳被腐蚀后，引起强度下降，甚至引起管壳的腐蚀穿孔，使热管完全失效。这类现象常发生在碱金属高温热管中。

5. 热管制造

热管的主要零部件为管壳、端盖(封头)、吸液芯、腰板(连接密封件)四部分。不同类型的热管对这些零部件有不同的要求。

(1)管壳

热管的管壳大多为金属无缝钢管，根据不同需要可以采用不同材料，如铜、铝、碳钢、不锈钢、合金钢等。管子可以是标准圆形，也可以是异型的，如椭圆形、正方形、矩形、扁平形、波纹管等。管径可以从2mm到200mm，甚至更大。长度可以从几毫米到l00米以上。低温热管换热器的管材在国外大多采用铜、铝作为原料。采用有色金属作管材主要是为了满足与工作液体相容性的要求。

(2)端盖

热管的端盖具有多种结构形式，它与热管连接方式也因结构形式而异。端盖外圆尺寸可稍小于管壳。配合后，管壳的突出部分可作为氩弧焊的熔焊部分，不必再填焊条，焊口光滑平整、质量容易保证。

旋压封头是国内外常采用的一种形式，旋压封头是在旋压机上直接旋压而成，这种端盖形式外型美观，强度好、省材省工，是一种良好的端盖形式。

(3)吸液芯结构

吸液芯是热管的一个重要组成部分。吸液芯的结构形式将直接影响到热管和热管换热器的性能。近年来随着热管技术的发展，各国研究者在吸液芯结构和理论研究方面做了大量工作，下面对一些典型的结构作出简赂的介绍。

一个性能优良的管芯应具有：

(1)足够大的毛细抽吸压力，或较小的管芯有效孔径

(2)较小的液体流动阻力，即有较高的渗透率

(3)良好的传热特性，即有小的径向热阻．

(4)良好的工艺重复性及可靠性，制造简单，价格便宜。

管芯的构造型式大致可分为以下几类：

(1)紧贴管壁的单层及多层网芯

此类管芯多层网的网层之间应尽量紧贴，网与管壁之间亦应贴合良好，网层数有l至4层或更多，各层网的目数可相同或不同．若网层多，则液体流通截面大，阻力小，但径向热阻大；用细网时毛细抽吸力大但流动阻力亦增加。如在近壁因数层用粗孔网，表面一层用细孔网，这样可由表面细孔网提供较大的毛细抽吸压力，通道内的粗孔网使流动阻力较小，但并不能改善径向热阻大的缺点。网芯式结构的管芯可得到较高的毛细力和较高的毛细提升高度，但因渗透率较低，液体回流阻力较大，热管的轴向传热能力受到限制。此外其径向热阻较大，工艺重复性差又不能适应管道弯曲的情况，故在细长热管中逐渐由其它管芯取代。

(2)烧结粉末管芯

由一定目数的金属粉末烧结在管内壁面而形成与管壁一体的烧结粉末管芯，也有用金属丝网烧结在管内壁面上的管芯。此种管芯有较高的毛细抽吸力，并较大地改善了径向热阻，克服了网芯工艺重复性差的缺点，但因其渗透率较差，故轴向传热能力仍较轴向槽道管芯及干道式管芯的小。

(3)轴向槽道式管芯

在管壳内壁开轴向细槽以提供毛细压头及液体回流通道，槽的截面形状可为矩形，梯形，圆形及变截面槽道，槽道式管芯虽然毛细压头较小，但液体流动阻力甚小，因此可达到较高的轴向传热能力，径

向热阻较小，工艺重复性良好，可获得精确的几何参数，因而可较正确地计算毛细限，此种管子弯曲后性能基本不变，但由于其抗重力工作能力极差，不适于倾斜(热端在上)工作，对于空间的零重力条件则是非常适用的，因此广泛用于空间飞行器。

(4)组合管芯

一般管芯往往不能同时兼顾毛细抽吸力及渗透率。为了有高的毛细抽吸力，就要选用更细的网或金属粉末，但它的渗透率较差，组合多层网虽然在这方面有所提高，可是其径向热阴大．组合管芯能兼顾毛细力和渗透率，从而能获得高的轴向传热能力，而且大多数管芯的径向热阻甚小．它基本上把管芯分成两部分．一部分起毛细抽吸作用，另一部分起液体回流通道作用。

6.制造工艺

如前所述，构成热管的三个主要组成部分是管壳、管芯和工质。在设计过程中，对管壳和管芯的材料进行合理的选择后就可以开始制作。通常热管的制造过程包括下面的工艺操作，并按一定的程序进行: 1）热管的机械加工及清洗；2）管芯制作及清洗；3）冷端封口；4）热端旋封；5）检漏；6）注入工质；7）封头；8）检漏；9）缩径；10性能测试。

实际制造的时候工序要复杂的多。这里只是列出最简单的一些必须工序。

7.应用与发展

热管技术目前被广泛应用在宇航、军工、石油、化工、冶金、机械、电力、电子、煤碳、铁路、通讯、纺织等领域。

热管技术最早应用在航天器上，因为航天器面向太阳和背向太阳的部件温差较大，容易损坏，利用热管使其达到热平衡可解决这个问题。在高原地带铺设石油管道或铁路，使用热管可以防止冻土层被破坏。利用热管组成换热器来回收工业生产中的废热可节约大量的能源，

在电力电子行业，因为热管自冷散热系统无需风扇、没有噪音、免维修、安全可靠、使用寿命长，热管风冷甚至自冷可以取代水冷系统，节约水资源和相关的辅助设备投资。此外，热管散热还能将发热件集中，甚至密封，而将散热部分移到外部或远处，能防尘、防潮、防爆，提高电器设备的安全可靠性和应用范围。因而广泛应用在工业变流技术、软启动技术、变频调速技术、无功补偿技术等电力半导体分立器件、模块和组件等电力电子设备上。

随着科学技术水平的不断提高，热管研究和应用的领域也在不断拓宽，特别是微型热管技术的出现，使得热管在医疗手术、电子装置芯片、笔记本电脑CPU的冷却、电路控制板的冷却、太阳能热水器、太阳能电站、核电工程中的应用得到了极大的发展。

三热管换热计算

热管换热器计算可用热平衡方程式进行计算，对于常温下使用的通风系统中的热管换热器的换热后温度，回收的冷热量也可用下列公式计算，由于公式采用的是显热计算，但实际热回收过程也发生潜热回收，因此计算值较实测值偏小，其发生的潜热回收可作为余量或保险系数考虑。

热换热器的计算：

1. 热管换热器的效率定义

/t 1- t 3 (1-1) 式t 1、t 2——新风的进、出口温度（℃）

t 3——排风的入口温度（℃）

2.热管换热器的设计计算

一般已知热管换热器的新风和排风的入口温度t 1和 t 3，取新

风量L x 与排风量L P 相等。即 L x = L P ，新风和排风的出口温度按下

列公式计算：

t 2=t 1－η(t 1－

t 3) (1-2)

t 4=t 3＋η(t 1－t 3) (1-3)

η

=t 1-t 2

t4——排风出口温度（℃）

回收的热量Q (kW), 负值时为冷量：

Q(kW)= L xρX C x（t2-t1）/3600 (1-4)式中 L x——新风量（ m3/h ）

ρx——新风的密度（kg/m3）（一般取1.2 kg/m3）

C x——新风的比热容，一般可取(kg ·℃ )。

3.选用热管换热器时，应注意：

1）换热器既可以垂直也可以水平安装，可以几个并联，也可以几个串联；当水平安装时，低温侧上倾5℃~7℃。

2）表面风速宜采用1.5 m/s~3.5m/s。

3）当出风温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应设计冷凝水排除装置。

4）冷却端为湿工况时，加热端的效率η值应增加，即回收的热量增加。但仍可按上述公式计算（增加的热量作为安全因素）。需要确定冷却端（热气流）的终参数时，可按下式确定处理后的焓值，并按处理后的相对湿度为90%左右考虑。

h2=h1－36Q/ L×ρ(1-5)

式中 h1, h2——热气流处理前、后的焓值

（kJ/kg）;

Q ——按冷气流计算出的回收热量（W）;

L ——热气流的风量（m3/h ）；

ρ——热气流的密度（kg/m3）。

【例】已知当地大气压接近993hpa；新风与排风量相等，

L x=L p=10000m3/h;夏季新风温度33.2℃，h1=92kJ/kg, 排风温度25℃；冬季室外温度为-12℃，室内排风温度为20℃，焓值为40 kJ/kg，试选用热管换热器。

【解】

1) 按迎风面风速υx =3m/s求迎风面积F x：

Fx=Lx / 3600Vx=10000/3600×3=0.926m2

2)查热管选型表，选用KLS15×1514型

Fx=1.0 m2

Vx=Lx/3600×=2.78m/s

3) 按υx=2.78m/s，查效率阻力表得：

6排管时：η=61%，阻力＝96Pa

8排管时：η=67%，阻力＝128Pa；出于经济效率综合考虑，选用6排管，热回收效率61％；

4) 求新风出口温度[按公式1-2计算]

夏季： t2=－－25)=28.2℃

冬季： t2=-12－(-12－20)=7.52℃

查h-d图，当t1= ,h1=93kJ/kg时，其露点温度t L=26.3℃，新风出口t2大于t L，无冷凝水析出。

5) 求排风出口温度[按公式1-3计算]

夏季： t4=25+－25)=30.1℃

冬季： t4=20+(-12－20)=0.5℃

查h-d图,冬季排风露点温度为10o C 左右，排风温度低于露点温度，有冷凝水析出，故排风段应有冷凝水盘（在寒冷地区冬季排风温度远低于冰点时，应设计电加热器，保证排风通畅）。

6 ) 回收冷、热量计算，[按公式1-4计算]

夏季：Q=1/3600 ×10000× ×

空气压缩热利用热管换热器的设计计算(互联网+)

空气压缩热利用热管换热器的设计计算 杨宝莹 摘 要： 热管技术以其独特的技术在很多领域得到了广泛的应用，在压缩热领域热管技术也逐渐受到重视，除了理论研究热管技术在压缩热领域的应用外，设计出合适的换热设备对热管在压缩热领域的应用也及其重要。热管换热器的计算内容主要有热力计算和校核计算。其中热力设计计算大致可分为常规计算法，离散计算法和定壁温计算法。空气压缩热利用热管换热器一般为气－气型换热器，文章主要针对气－气型热管换热器的常规计算法进行介绍，并给出了一个具体实例的计算结果，以进一步促进热管换热器在空气压缩热利用领域的应用研究。 关键词： 热管 压缩热 热力计算 1 引言[1][2][4] 热管换热技术因其卓越的换热能力及其它换热设备所不具有的独特换热技术在航空，化工，石油，建材，轻纺，冶金，动力工程，电子电器工程，太阳能等领域已有很广泛的应用，空气压缩热利用领域冷热流体温差小，因此热管技术也逐渐受到重视。根据实际需要设计出合理的热管换热器对于空气压缩热利用领域来说也极为重要。 同常规换热器计算一样，热管换热器的计算内容主要有两部分：热管换热器的热力计算和校核计算。在这里主要对热管换热器的热力计算做个介绍。热管换热器的热力设计计算目前大致可分为三类：常规计算法，离散计算法，定壁温计算法。常规计算法将整个热管换热器看成一块热阻很小的间壁，然后采用常规间壁式换热器的设计方法进行计算。离散计算法认为热量从热流体到冷流体的传递不是通过壁面连续进行的，而是通过若干热管进行传递，呈阶梯式变化，不是连续的。定壁温计算法是针对热管换热器在运行中易产生露点腐蚀和积灰而提出的，计算时将热管换热器的每排热管的壁温都控制在烟气露点温度之上。从而避免露点腐蚀及因结露而形成的灰堵。 压缩热利用系统要处理的对象压缩机排气或吸干机排气，都属于气态介质，因此空气压缩热利用热管换热设备为气－气热管换热器。本文将对空气压缩热利用气－气热管换热器的常规计算法的热力计算做个简要介绍，文中的一次空气是压缩机排气，二次空气是吸干机排气。 2 热管换热器的设计计算[3][4] 2.1已知设计参数 一次空气质量流量M h , 进出口温度T 1,T 11，二次空气质量流量M c , 进出口温度T 2,T 21。一般六个已知量中，只要给定5个即可，另一个参数可由热平衡方程算出，如需要，还需给出一、二次空气的允许压降，二次空气出口温度未知时的计算过程为： ①一次空气定性温度 T h = 2 ' 11T T + (1) 查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度h p C 导热系数h λ粘度h μ 普兰德数h r P ②一次空气放出热量)(' 11T T C M Q h p h h -= (2)

气气热管换热器计算书

热管换热器设计计算 1确定换热器工作参数 1.1确定烟气进出口温度ti，t3，烟气流量V,空气出口温度頁，饱和蒸汽压力 Pc?对于热管式换热器，ti范圉一般在250°C?600°C之间，对于普通水- 碳钢热管的工作温度应控制在300°C以下.t2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180°C.空气入口温度的.所选取的各参数值如下： 2确定换热器结构参数 2.1确定所选用的热管类型 烟气定性温度：f 宇_4沁；2沁=310比 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的 半均值所得出： 烟气入口处：q =如+営=420?c+严z = 18O°C 烟气出口处：. t2+tiX4 200°C+20°Cx4 l° 5 5 C 选取钢-水重力热管.其工作介质为水.工作温度为30OC~250°C?满足要求.其相容壳体材料：铜.碳钢（内壁经化学处理）。

2.2确定热管尺寸 对于管径的选择，由音速极限确定所需的管径 d v = 1.64 Qc t J厂9必)2 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范闱，取Qc=4kW,在 10 = 56吃启动时 p v = O.1113k^/7H3 p v = 0.165 X 105pa r = 2367.4幼/kg 因此d v = 1.64 I ! = 10.3 mm yr(p v p v)l 由携带极限确定所要求的管径 d _ I 1.78 X Qent P Ji (P L"1/4+P V~1/4)_2^(P L -Pv]1/4 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取Q ent=4kw 管内工作温度t t = 180°C时 P L = 886.9kg/m3 pv = 5.160/c^/m3 r = 20\3kJ/kg J = 431.0xl0^N/m 178x4 因此 nx20L3x(8Q6.^i/4+SA6^i/4)-2 [gX431.0xl0-4(886.9-5.160)]1/4 =13.6nun 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 4 = 22111111 管売厚度计算由式 Pv4 20qcr] 式中，Pv按水钢热管的许用压力28.5kg /nmr选取，由对应的许用230°C來选 取管壳最大应力乐朋=14kg/nim2,而 [

换热器计算

换热器计算的设计型和操作型问题--传热过程计算 与换热器 日期:2005-12-28 18:04:55 来源:来自网络查看:[大中小] 作者：椴木杉热度： 944 在工程应用上，对换热器的计算可分为两种类型：一类是设计型计算（或称为设计计算），即根据生产要求的传热速率和工艺条件，确定其所需换热器的传热面积及其他有关尺寸，进而设计或选用换热器；另一类是操作型计算（或称为校核计算），即根据给定换热器的结构参数及冷、热流体进入换热器的初始条件，通过计算判断一个换热器是否能满足生产要求或预测生产过程中某些参数（如流体的流量、初温等）的变化对换热器传热能力的影响。两类计算所依据的基本方程都是热量衡算方程和传热速率方程，计算方法有对数平均温差（LMTD）法和传热效率-传热单元数（e-NTU）法两种。 一、设计型计算 设计型计算一般是指根据给定的换热任务，通常已知冷、热流体的流量以及冷、热流体进出口端四个温度中的任意三个。当选定换热表面几何情况及流体的流动排布型式后计算传热面积，并进一步作结构设计，或者合理地选择换热器的型号。 对于设计型计算，既可以采用对数平均温差法，也可以采用传热效率-传热单元数法，其计算一般步骤如表5-2所示。 表5-2 设计型计算的计算步骤

体进出口温度计算参数P 、R ； 4． 由计算的P 、R 值以及流动排布型式，由j-P 、R 曲线确定温度修正系数j ；5．由热量衡算方程计算传热速率Q ，由端部温度计算逆流时的对数平均温差Δtm ； 6．由传热速率方程计算传热面积 。 体进出口温度计算参数e 、CR ； 4．由计算的e 、 CR 值确定NTU 。由选定的流动排布型式查取 e-NTU 算图。可能需由e-NTU 关系反复计算 NTU ；5．计算所需的传热面积 。 例5-4 一列管式换热器中，苯在换热器的管内流动，流量为 kg/s ，由80℃冷却至30℃；冷却水在管间与苯呈逆流流动，冷却水进口温度为20℃，出口温度不超过50℃。若已知换热器的传热系数为470 W/（m2·℃），苯的平均比热为1900 J/（kg·℃）。若忽略换热器的散热损失，试分别采用对数平均温差法和传热效率-传热单元数法计算所需要的传热面积。 解 （1）对数平均温差法 由热量衡算方程，换热器的传热速率为 苯与冷却水之间的平均传热温差为 由传热速率方程，换热器的传热面积为 A = Q/KΔt m = = m 3 （2）传热效率-传热单元数法 苯侧 (m C ph ) = *1900 = 2375 W/℃ 冷却水侧 (m c C pc ) =(m h C ph )(t h1-t h2)/(t c1-t c2) =2375*(80-30)/(50-20)= W/℃ 因此， (m C p )min=(m h C ph )=2375 W/℃ 由式（5-29），可得

192空调用热管换热器的设计计算全文

空调用热管换热器的设计计算 西安工程大学 王晓杰 黄翔 武俊梅 郑久军 摘 要： 热管技术以其独特的技术在很多领域得到了广泛的应用，在空调领域热管技术也逐渐受到重视，除了理论研究热管技术在空调领域的应用外，设计出合适的换热设备对热管在空调领域的应用也及其重要。热管换热器的计算内容主要有热力计算和校核计算。其中热力设计计算大致可分为常规计算法，离散计算法和定壁温计算法。空调用热管换热器一般为气－气型换热器，文章主要针对气－气型热管换热器的常规计算法进行介绍，并给出了一个具体实例的计算结果，以进一步促进热管换热器在制冷空调领域的应用研究。 关键词： 热管 空调 热力计算 1 引言[1][2][4] 热管换热技术因其卓越的换热能力及其它换热设备所不具有的独特换热技术在航空，化工，石油，建材，轻纺，冶金，动力工程，电子电器工程，太阳能等领域已有很广泛的应用，制冷空调领域冷冷热流体温差小，因此热管技术也逐渐受到重视。根据实际需要设计出合理的热管换热器对于空调领域来说也极为重要。 同常规换热器计算一样，热管换热器的计算内容主要有两部分：热管换热器的热力计算和校核计算。在这里主要对热管换热器的热力计算做个介绍。热管换热器的热力设计计算目前大致可分为三类：常规计算法，离散计算法，定壁温计算法。常规计算法将整个热管换热器看成一块热阻很小的间壁，然后采用常规间壁式换热器的设计方法进行计算。离散计算法认为热量从热流体到冷流体的传递不是通过壁面连续进行的，而是通过若干热管进行传递，呈阶梯式变化，不是连续的。定壁温计算法是针对热管换热器在运行中易产生露点腐蚀和积灰而提出的，计算时将热管换热器的每排热管的壁温都控制在烟气露点温度之上。从而避免露点腐蚀及因结露而形成的灰堵。 空调系统要处理的对象一般为室外新风或是室内排风，都属于气态介质，因此空调用热管换热设备为气－气热管换热器。本文将对空调用气－气热管换热器的常规计算法的热力计算做个简要介绍，文中的一次空气是待处理室外新风，二次空气可以是室内排风或室外新风。 2 热管换热器的设计计算[3][4] 2.1已知设计参数 一次空气质量流量M h , 进出口温度T 1,T 1’，二次空气质量流量M c , 进出口温度T 2,T 2’。一般六个已知量中，只要给定5个即可，另一个参数可由热平衡方程算出，如需要，还需给出一、二次空气的允许压降，二次空气出口温度未知时的计算过程为： ①一次空气定性温度T h =2 ' 11T T + (1) 查定性温度下的一次空气物性参数：定压比密度h p C 导热系数h λ粘度h μ 普兰德数h r P ②一次空气放出热量)(' 11T T C M Q h p h h -= (2)

计算热管换热器

1. 《热工学》，《传热学》里面有计算公式和公式推导 2. 各种手册里有更为直接的工程计算方法和参数列表，比如机械类手册，热工类手册、暖通类手册，压力容器类手册。 3. 计算热管换热系数可以采用有限元方法，ansys 、abaqus 都可以，如果有流固耦合，也可以用fluent 和cfx ，甚至是基于workbench 的多物理场联合仿真。另外还有流程类仿真计算软件，如aspen 之类的，这个软件一般应用在石化领域， 计算换热器比较有优势。 热管换热器设计 一台锅炉排烟温度为160℃，要求设计一台热管换热器，用烟气余热加热进气以提高锅炉效率。已知参数：锅炉排烟量f V =189000m 3/h ，迎风面风速=f u 2.9m/s ，排烟温度=1f t 160℃，设定出口烟气温度=2f t 118℃。需要空气的流量V l =120000m 3/h ，进气温度℃251=l t ，空气风速为s m v f /9.2= 选取圆片翅片强化换热。翅片管材料选择碳钢（w C =1%）。热管参数：热管蒸发段长取l 0=3.16m ，管外径d 0=34mm ，管内径d i =29mm ，壁厚δ0=2.5mm ， 翅片高度H=12mm ，翅片厚度δ=2mm ，翅片间距mm s f 4.6=，那么翅片的节距 mm s s f f 4.8'=+=δ，每根管肋片数为n f =3160/8.4=376片。管排选用叉排布置， 迎面横向管子距离设定为m S T 115.0=，翅片管纵向距离m S S T L 115.0==。由于烟气和空气的物性很相近，取相同的蒸发器和冷凝器结构参数。 1. 总换热量计算 定性温度t fm=℃1392 118 1602 t 21 =+= +f f t 查物性得： ) /(10473.3/10931.25682.0Pr )/(0793.1/8712.02 2 6 3 K m W s m K kg kJ c m kg f f f p f ??=?==?==--λνρ，，，，

热管换热器实验

热管换热器实验 一、实验目的 1. 了解热管换热器实验台的工作原理； 2. 熟悉热管换热器实验台的使用方法； 3. 掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测量和计算方法。 二、实验台的结构及其工作原理 热管换热器实验台的结构如下图所示。实验台由翅片管(整体绕制)、热段风道、冷段风道、冷段和热段风机、电加热器(Ⅰ—450W，Ⅱ—1000W)、工况选择 —测温元件 7—温度数显仪表8—工况选择开关9—琴键开关10—支架11—热段风机热段中的电加热器使空气加热，热风经热段风道时，通过翅片管进行换热和传递，从而使冷段风道的空气温度升高。利用风道中的热电偶对冷、热段的进出口温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算换热器的换热量Q和传热系数K。

三、实验台参数 1.冷段出口内径：D=180mm 2.热段出口内径：D=180mm 3.冷段传热表面参数： 翅片管长280mm 钢管直径21mm 翅片直径40mm 翅片个数104个 4.热段传热表面参数： 翅片管长280mm 钢管直径21mm 翅片直径40mm 翅片个数104个 四、实验步骤 1.连接电位差计和冷热端热电偶（如无冰水条件，可不连接冷段热电偶，而将冷段热电偶的接线柱短路。这样，测出的温度应加上室温）； 2.接通电源； 3.将工况开关按在“工况Ⅰ”位置（Ⅰ－450W），此时电加热器和风机开始工作； 4.用热球风速仪在冷、热段出口的测孔中测量风速（为使测量工作在风道温度不超过40℃的情况下进行，必须在开机后立即测量）。风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书； 5.待工况稳定后（约20分钟后），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量工况I的冷热段进口温度（参看实验台结构图）； 6．将工况开关按在“工况Ⅱ”位置（Ⅱ－1000w），重复上述步骤，测量工况Ⅱ的冷热段进口温度； 7.验结束后，切断所有电源。 五、实验数据处理 将实验测得的数据填入下表中：表1 [附]将实验所用的仪器名称、规格、编号及实验日期、室温等填入上表中的备注栏。 计算换热量、传热系数及热平衡误差： 1.工况Ⅰ(Ⅰ-450W) 冷段换热量 Q L ＝ρL ___ L v·F L·C PL(t L2－t L1) [W]

热管换热器计算书

热管换热器设计计算 1 确定换热器工作参数 1.1 确定烟气进出口温度t 1，t 2，烟气流量V ，空气出口温度 ，饱和蒸汽压力 p c .对于热管式换热器，t 1范围一般在250C ~600C 之间，对于普通水-碳钢热管的工作温度应控制在300C 以下.t 2的选定要避免烟气结露形成 灰堵及低温腐蚀，一般不低于180C .空气入口温度 .所选取的各参数值 如下： 2 确定换热器结构参数 2.1 确定所选用的热管类型 烟气定性温度： = = 在工程上计算时，热管的工作温度一般由烟气温度与4倍冷却介质温度的和的平均值所得出： 烟气入口处： 烟气出口处： 选取钢-水重力热管，其工作介质为水，工作温度为30C ~250C ，满足要求，其相容壳体材料：铜、碳钢（内壁经化学处理）。

2.2 确定热管尺寸 对于管径的选择,由音速极限确定所需的管径 根据参考文献《热管技能技术》，音速限功率参考范围，取C Q 4kW =，在 启动时 因此 由携带极限确定所要求的管径 根据参考文献《热管技能技术》，携带限功率参考范围，取4Q ent =kw 管内工作温度 时 4431.010/N m δ-=? 因此 考虑到安全因素，最后选定热管的内径为 m m 22d i = 管壳厚度计算由式 ] [200d P S i V σ= 式中，V P 按水钢热管的许用压力228.5/kg mm 选取，由对应的许用230C 来选取管壳最大应力2MAX 14kg/mm σ=,而 2MAX 1 [] 3.5/4 kg mm σσ==

故 0.896mm 3.5 2000.022 28.5S =??= 考虑安全因素，取 1.5S mm =,管壳外径:m m 25.51222S 2d d i f =?+=+=. 通常热管外径为25~38mm 时，翅片高度选10~17mm （一般为热管外径的一半），厚度选在0.3~1.2mm 为宜，应保证翅片效率在0.8以上为好.翅片间距对干净气流取2.5~4mm ；积灰严重时取6~12mm ，并配装吹灰装置.综上所述，热管参数如下： 翅片节距：'415f f f S S mm δ=+=+= 每米热管长的翅片数：' 10001000 200/5 f f n m S === 肋化系数的计算： 每米长翅片热管翅片表面积 22 [2()]14 f f o f f f A d d d n π πδ=? ?-+???? 每米长翅片热管翅片之间光管面积 (1)r o f f A d n πδ=??-? 每米长翅片热管光管外表面积 o o A d π=? 肋化系数：22[2()]1(1) 4 f o f f f o f f f r o o d d d n d n A A A d π πδπδβπ??-+????+??-?+= = ? 22[0.5(0.050.025)0.050.001]2000.025(10.2) 8.70.025 ?-+??+?-= =

热管换热器计算

热管换热器计算 热管换热器计算可用热平衡方程式进行计算，对于常温下使用的通风系统中的热管换热器的换热后温度，回收的冷热量也可用下列公式计算，由于公式采用的是显热计算，但实际热回收过程也发生潜热回收，因此计算值较实测值偏小，其发生的潜热回收可作为余量或保险系数考虑。热管换热器的计算: 1. 热管换热器的效率定义 t /t t (1-1) η=t1-21-3 式t、t——新风的进、出口温度(?) 12 t——排风的入口温度(?) 3 2.热管换热器的设计计算 一般已知热管换热器的新风和排风的入口温度t和 t，取新风量L 与排风量13xL 相等。即 L = L ，新风和排风的出口温度按下列公式计算: PxP t=t,η(t,t) (1-2) 2113 t=t，η(t,t) (1-3) 4313 t——排风出口温度(?) 4 回收的热量Q (kW), 负值时为冷量: Q(kW)= LρC(t-t)/3600 (1-4) xXx21 3式中 L——新风量( m/h ) x 33ρ——新风的密度(kg/m)(一般取1.2 kg/m) x C——新风的比热容，一般可取1.01kJ/ (kg ?? )。 x 3.选用热管换热器时，应注意: 1)换热器既可以垂直也可以水平安装，可以几个并联，也可以几个串联;当水平安装时，低温侧上倾5?~7?。

2)表面风速宜采用1.5 m/s~3.5m/s。 3)当出风温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应设计冷凝水排除装置。 4)冷却端为湿工况时，加热端的效率η值应增加，即回收的热量增加。但仍可按上述公式计算(增加的热量作为安全因素)。需要确定冷却端(热气流)的终参数时，可按下式确定处理后的焓值，并按处理后的相对湿度为90%左右考虑。 h=h, 36Q/ L×ρ (1-5) 21 式中 h h ——热气流处理前、后的焓值(kJ/kg); 1,2 Q ——按冷气流计算出的回收热量(W); 3L ——热气流的风量 (m/h ); 3ρ——热气流的密度 (kg/m)。 3【例】已知当地大气压接近993hpa;新风与排风量相等，L=L=10000m/h;夏季xp 新风温度33.2?，h=92kJ/kg, 排风温度25?;冬季室外温度为-12? ，室内1 排风温度为20? ，焓值为40 kJ/kg，试选用热管换热器。 【解】 1) 按迎风面风速υ =3m/s求迎风面积F: xx 2Fx=Lx / 3600Vx=10000/3600×3=0.926m 2)查德天节能热管选型表，选用KLS15×1514型 2Fx=1.0 m Vx=Lx/3600×1.0=2.78m/s 3) 按υ=2.78m/s，查效率阻力表得: x 6排管时:η=61%，阻力,96Pa 8排管时:η=67%，阻力,128Pa;出于经济效率综合考虑，选用6排管，热回收效率61,;

换热器介绍与热效率计算

换热器介绍及热效率的简单计算 一、换热器的基本概念 换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。 间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。 混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。 回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。 2、换热器的分类？ 螺旋板式换热器 波纹管换热器 列管式换热器 板式换热器 螺旋板换热器 管壳式换热器 容积式换热器 浮头式换热器 管式换热器 热管换热器 汽水换热器 翅片管换热器 管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器 1、 浮头式换热器特点 2、 浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受 热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 浮头式换热器的特点 浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在 壳体自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。浮三种类型换热器简介 ? ? ? ? ? ? ? ? 螺旋板式 板式 交叉流换热器 管壳式 壳管式 套管式 ) ( ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 蓄热式 混合式 间壁式 ?????板翅式管翅式管束式

头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 3、 固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200) 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。 4、 翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204) 凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为 “翅片管散热器”，也叫热管式换热器。 翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料为钢；不锈钢；铜；铝等。 翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。 二、换热器的简单计算 换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算 (1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积 （2） 校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能 否胜任规定的新任务。 换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式 (1) (2) 式中， 不是独立变量，因为它取决于 以及换热器的布置。另外，根据公式(1)可知，一旦 和 以及 中的三个已知的话，我们就可以计算出另 外一个温度。因此，上面的两个方程中共有8个未知数，即需要给定其中的5个变量，才可以计算另外三个变量。 对于设计计算而言，给定的是 ，以及进出口温度中的三个，最终求 对于校核计算而言，给定的一般是 ， 以及2个进口温度，待求的是 m t kA ?=Φ)()(c c c mc h h h mh t t c q t t c q '-''=''-'=Φm t ?c c h h t t t t '''''',,,h mh c q c mc c q c c h h t t t t '''''',,,c mc h mh c q c q ,A k ,

热管的换热基本知识及其换热计算

热管的换热原理及其换热计算 一热管简介 热管是近几十年发展起来的一种具有高导热性能的传热元件，热管最早应用于航天领域，时至今日，已经从航天、航天器中的均温和控温扩展到了工业技术的各个领域，石油、化工、能源、动力、冶金、电子、机械及医疗等各个部门都逐渐应用了热管技术。 热管一般由管壳、起毛细管作用的通道、以及传递热能的工质构成，热管自身形成一个高真空封闭系统，沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。其结构如图所示： 热管的工作原理是：外部热源的热量，通过蒸发段的管壁和浸满工质的吸液芯的导热使液体工质的温度上升；液体温度上升，液面蒸发，直至达到饱和蒸气压，此时热量以潜热的方式传给蒸气。蒸发段

的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸气通过蒸气通道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往复，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。绝热段的作用除了为流体提供通道外，还起着把蒸气段和冷凝段隔开的作用，并使管内工质不与外界进行热量传递。 在热管真空度达到要求的情况下，热管的传热能力主要取决于热管吸液芯的设计。根据热管的不同应用场合，我公司设计有多种不同的热管吸液芯，包括：轴向槽道吸液芯、丝网吸液芯和烧结芯等。基于热管技术的相变传热原理、热管结构的合理设计以及专业可靠的品质保证，多年实践证明，我公司生产的热管及热管组件正逐渐迈向越来越广阔的市场。 (1) 产品展示

(2) 产品参数说明 项目技术参数 热管长度> 100mm 主体材料铜管 毛细结构槽沟/烧结芯/丝网管 工作介质冷媒 设计工作温度30~200℃ 设计使用倾角> 5° 传热功率50~1000w (根据实际产品规格型号) 热阻系数< 0.08℃/W (参考值) 传热功率测试原理 测试总体要求1）加热功率有功率调节仪控制输入； 2）热管保持与水平台面α角度(根据具体应用定)； 3）管壁上监测点的温度变化在5min内小于 0.5℃认为传热达到稳定状态，记录此时传 热功率为最大传热功率。

换热器换热效率计算

换热器介绍及热效率的简单计算 一、换热器的基本概念换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。 间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。 回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。 2、换热器的分类？ 螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器翅片管换热器 管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器1、浮头式换热器特点 2、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受 热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。浮头式换热器的特点 浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。 三种类型换热器简介 螺旋板式板式交叉流换热器 管壳式 壳管式套管式) 蓄热式 混合式间壁式 板翅式管翅式管束式 浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。 3、固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200) 固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体

热管换热器模拟计算

热管换热器模拟计算 1，已知条件： 烟气入口温度：C T g ?=300' 烟气出口温度：C 150''?=g T 水入口温度：C T L ?=20' 水出口温度：C T L ?=90'' 热负荷：KW Q 3000= 20℃饱和水蒸气C kg kJ C PL ??=183.4 取C kg KJ C pg ??=097.1 烟气质量流量：()h kg T T C Q Mg g g pg 65633150 097.13000 '''=?=-= 锅炉给水量：()h kg T T C Q M l l pl L 3688470 183.43000 '''=?=-= 2.基本选择 （1）工质选择 管内温度估算、由式n nT T T V ++=12 1 烟气入口处：n nT T T L g V ++=1''' （取n=3，参看表4-2） C T V ?=+?+=5.1423 190 3300 烟气出口处：C n nT T T L g V ?=+?+= ++= 5.523 120 31501''' 由表4-1选水作为热管工质是合适的。 （2）.管材的选择。 由表4-3应选铜管作为管壳材料，但为了节省成本，本设计根据用户要求，采用经过某种处理的碳钢管作为管材，该种水--钢热管已经过一年的寿命试验，没有发现性能有明显的降低。 （3）.放置形式和芯结构的选择。

在水平烟道上安装，采用重力式热管，不加任何芯结构。 （4）.管径和扩展表面的选择。 音速极所需管径，由式（4-29）() r P Q d V V C v 2 154 .1ρ= 取启动时，在C T KW Q v C ?==50,6 m N p m kg v v 53 10123.0,083.0?==ρ kg kJ r 2383= 故 () mm m d v 7.130137.02383 10123.0083.06 54 .12 15==???= 由携带限所要求的管径，由（4-28） () [] 4 12 4 14 1 78.1-----?? ? ? ?+??= v L v L ent v g r Q d ρρ δρρπ 此外，取Q ent =6kw 。 管内工作温度，时，C T V ?=100 m N kg kJ r m kg m kg v L 43 3 106.588,2258,6.0,958-?====δρρ 故()[] mm m d v 23023.06.0958106.5888.96.095822586 78.14 142 4 14 1 ==-??? ?? ? ? ? +??= -----π 为了安全起见，最后选取热管的内径 mm d i 27= 管壳厚度计算，由式（4-32） δ 200i V d P S = 式中，V P 按水---钢热管的许用应力402Cm gf K 选取，由对应的需用温度250℃按图4-17来选取管壳最大应力,142 max mm gf K =δ而2max 5.34144 1 m gf K ===δδ 故mm m S 54.11054.15 .3200027.0403=?=??=- 为了安全起见，取mm S 5.2= 管壳外径mm S d d i 325.222720=?+=+= 根据4-4节，4-7节的说明，烟气侧采用翅片管，而在水侧采用光管，最后选定尺寸如下表

热管计算示例

热管余热锅炉热工计算说明书 单位名称: 设计工程师:

一．设备外观及参数

二．工艺计算 已知：排烟量为V h ＝130003/m h (标准状况)， 烟气进口温度1340h t =℃，烟气出 预热器温度为=h t 2240o C ，冷却水进口温度120c t =℃，饱和蒸汽温度2c t =194o C ，蒸汽压力P=1.25MPa, 无机热管长度为l ＝2.3m ，加热段l h ＝1.5m(标准折合长度)，冷却段l c ＝0.45m(标准折合长度)，管外径为d 0＝32mm ，内径为d i ＝26mm ，壁厚为=w δ3mm ，翅片高度l f ＝0.015m ，厚度δf ＝0.0015m ，间距t ＝10.5mm ，翅片节距12mm ，翅片数n f ＝130；采用叉排，管子中心距为S T ＝0.080m ；S L ＝0.070m 。 试求：所需无机热管的数量及排列方式并计算其压力降。 （1） 计算传热量Q 1）烟气定性温度121502 h h h o f t t t C +==290℃ 查得定性温度下烟气的参数： 定压比热h p C ＝1.121kJ/kg ?o C ； 密度：h f ρ=0.617kg/3m ; 粘度：h f μ=28.2?10 6-kg/(m ?s)。 导热系数：24.8310/()h f W m k λ-=??； 普朗特数：h Pr ＝0.651 2）烟气放热量Q h 12()h h h h h f p Q V C t t ρ=??-＝524.22kW 。 3）热管传到水侧的热量 考虑烟气侧有3％热损，故：Q c ＝524.22?（1－3％）＝508.5kW 。 4）水侧实际获得热量Q '' 考虑冷侧3％热损，故：c Q '＝508.5?（1－3％）＝493.24kW 。

热管换热器设计说明书

第一章热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明[1]，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。热管气-气换热器是最能体现热管优越性的热管换热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气-气换热器是目前应用最广泛的一种气-气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义[2~6]。 利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用

热管换热器设计计算及设计说明

热管换热器设计计算说明书 第一章热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明[1]，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。热管气-气换热器是最能体现热管优越性的热管换热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气-气换热器是目前应用最广泛的一种气-气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义[2~6]。 利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用 热管是一种具有极高导热性能的传热元件，它通过在全封闭真空管内工质的蒸发与凝结来传递热量，具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、可控制温度等一系列优点。由热管组成的换热器具有传热效率高、结构紧凑、流体压降小等优点。由于其特殊的传热特性可控制管壁温度，避免露点腐蚀。目前已广泛应用于冶金、化工、炼油、锅炉、陶瓷、交通、轻纺、机械等行业中进行余热回收以及综合利用工艺过程中的热能，已取得了

热管换热器设计计算及设计说明书

热管换热器设计计算及设计说明书 第一章热管及热管换热器的概述 热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。 热管传热技术于六十年代初期由美国的科学家发明[1]，它是利用封闭工作腔内工质的相变循环进行热量传输，因而具有传输热量大及传输效率高等特点。随着热管制造成本的降低，尤其是九十年代前后随着水碳钢热管相容性问题的解决，热管凭借其巨大的传热能力，被广泛应用于石油、化工、食品、造纸、冶金等领域的余热回收系统中。热管气-气换热器是最能体现热管优越性的热管换热器产品，它正在逐步取代传统的管壳式换热器。热管气-气换热器是目前应用最广泛的一种气-气换热器。 我国的能源短缺问题日趋严重，节能已被提到了重要的议事日程。大量的工业锅炉和各种窑炉、加热炉所排放的高温烟气，用热管气-气换热器进行余热回收，所得到的高温空气可用于助燃或干燥，因此应用前景非常广阔。据有关报道称，我国三分之二的能源被锅炉吞噬，而我国工业锅炉的实际运行效率只有65%左右，工业发达国家的燃煤工业锅炉运行热效率达85%，因此，提高工业锅炉的热效率，节能潜力十分巨大。如果我国锅炉的热效率能够提高10%，节约的能耗则相当于三峡水库一年的发电量，做好工业锅炉及窑炉的节能工作对节约能源具有十分重要的意义[2~6]。 利用热管气-气换热器代替传统的管壳式气-气换热器，一方面,能够大大提高预热空气进入炉内的温度，降低烟气温度，从而大大提高锅炉的热效率；另一方面，热管气-气换热器运行压降非常小，有时甚至不需要增加引风机等设备，从而使得运行费用大大降低。 1.1 热管及其应用

热管换热器实验

11.4 热管换热器实验 11.4.1 实验目的 1. 了解热管换热器实验台的工作原理； 2. 熟悉热管换热器实验台的使用方法； 3. 掌握热管换热器换热量Q和传热系数K的测量和计算方法； 11.4.2 实验台的结构及其工作原理 热管换热器实验台的结构如下图所示。实验台由翅片管(整体绕制)、热段风道、冷段风 7—温度数显仪表8—工况选择开关9—琴键开关10—支架11—热段风机 热段中的电加热器使空气加热，热风经热段风道时，通过翅片管进行换热和传递，从而使冷段风道的空气温度升高。利用风道中的热电偶对冷、热段的进出口温度进行测量，并用热球风速仪对冷、热段的出口风速进行测量，从而可以计算换热器的换热量Q和传热系数K。 11.4.3 实验台参数 1.冷段出口内径：D=180mm 2.热段出口内径：D=180mm 3.冷段传热表面参数： 翅片管长280mm 钢管直径21mm 翅片直径40mm 翅片个数104个 4.热段传热表面参数： 翅片管长280mm 钢管直径21mm 翅片直径40mm 翅片个数104个 11.4.4 实验步骤 1.连接电位差计和冷热端热电偶（如无冰水条件，可不连接冷段热电偶，而将冷段热电偶的接线柱短路。这样，测出的温度应加上室温）； 2.接通电源；

3.将工况开关按在“工况Ⅰ”位置（Ⅰ－450W ），此时电加热器和风机开始工作； 4.用热球风速仪在冷、热段出口的测孔中测量风速（为使测量工作在风道温度不超过40℃的情况下进行，必须在开机后立即测量）。风速仪使用方法，请参阅该仪器说明书； 5.待工况稳定后（约20分钟后），按下琴键开关，切换测温点，逐点测量工况I 的冷热段进口温度（参看实验台结构图）； 6．将工况开关按在“工况Ⅱ”位置（Ⅱ－1000w ），重复上述步骤，测量工况Ⅱ的冷热段进口温度； 7.实验结束后，切断所有电源。 11.4.5 实验数据处理 将实验测得的数据填入下表中： 表11.4－1 [附]将实验所用的仪器名称、规格、编号及实验日期、室温等填入上表中的备注栏。 计算换热量、传热系数及热平衡误差： 1.工况Ⅰ(Ⅰ-450W) 冷段换热量 Q L ＝ρL ___ L v ·F L ·C PL (t L2－t L1) [W] 热段换热量 Q r ＝ρr ___ r v ·F r ·C Pr (t r1－t r2) [W] 热平衡误差 δ＝（Q r －Q L ）/Q r ％ 传热 系数 K ＝Q L /(f L ·△t) 式中___L v ，___ r v ――冷、热段出口平均风速 [m/S]； F L ， F r ――冷、热段出口面积 [m 2 ]； t L1 ，t L2 ，t r1，t r2――冷、热段进出口风温 [℃]； ρL ，ρr ――冷、热段出口空气密度 [Kg/m 3]; f L ――冷段传热面积[m 2]； 1221 22 r L r L t t t t t ++= -△ [℃]； 2.工况Ⅱ（Ⅱ－1000W ） 方法同上。 将上面数据整理所求的两种工况的实验结果填入下表，并进行比较分析。