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摘 要

本文主要介绍了热管换热器在余热回收中的应用，介绍了热管和热管换热器的相关知识，提出了几种热管换热器性能的比较参数，比较了常规的换热器设计方法、离散型换热器的设计方法和分布设计法。针对分布设计中，高温热管换热器高温段和中温段之间的过渡段的热管无法正常工作的问题，本文提出了两个解决问题的方向——优化设计和优化传热工质，并针对这两个方向，对换热器的设计优化方法、工质的选择以及潜在的可在此温度段应用的工质进行了分析和设计。

关键字：高温热管 换热器 结构优化 潜在工质 余热回收

The Application of High Temperature Heat Pipe in Waste Heat Recovery

ABSTRACT

This paper mainly introduced the application of heat pipe heat exchanger in the recovery of waste heat. On the one hand, it introduced the basic knowledge of the heat pipe heat exchanger, proposed some parameter that be used to conpare the performance about it. As the same time, it compared the discrete design method , the conventional design method and effectiveness number of transfer unit method. On the other hand, this paper put forward two direction to solve the problem that heat pipe in the transition section between high temperture and medium temperture could not work normaly,optimization design and find the new working fluid for this temperature range. And according to the two direction, it designs optimization method of heat exchanger and analysis the measure of how to choose the suitable working fluid and some potential fluid that can be used in this temperature range.

Key words:High-temperture heat pipe; Heat exchanger; Structure optimization; Potential working fluid; Waste heat recovery

目 录

摘要…………………………………………………………………………………………....Ⅰ

ABSTRACT…………………………………………………………………………………...Ⅱ

1. 绪论……………………………………………………………………………………1

1.1课题背景…………………………………………………………………………………1

1.2热管技术的发展现状……………………………………………………………………2

1.2.1热管的发展过程…………………………………………………………………...2

1.2.2热管在应用中所存在的问题……………………………………………………...2

1.3热管应用于中高温余热回收系统存在的问题…………………………………………3

1.4高温热管的应用…………………………………………………………………………4

1.5结论………………………………………………………………………………………4

1.6本课题的研究过程………………………………………………………………………5

第二章 中温热管的技术研究……………………………………………………………...6

2.1热管的组成及工作原理…………………………………………………………………6

2.1.1热管的组成结构…………………………………………………………………...6

2.1.2热管的基本工作原理……………………………………………………………...6

2.1.3热管的基本特性…………………………………………………………………...7

2.1.4热管使用的各种限制……………………………………………………………...8

2.1.5热管的相容性及寿命…………………………………………………………….10

2.2中温热管及中温热管换热器…………………………………………………………..11

2.2.1热管的工作温度………………………………………………………………….11

2.2.2中温热管的研究现状…………………………………………………………….12

2.2.3中温热管应用中存在的问题…………………………………………………….13

2.3 热管工质的选用………………………………………………………………………13

2.3.1工质选用的一般准则…………………………………………………………….13

2.3.2中高温热管工质的选用………………………………………………………….14

2.4 目前常用的中高温热管工质的分析…………………………………………………16

2.4.1 萘………………………………………………………………………………...16

2.4.2 水………………………………………………………………………………...16

2.4.3 各种碱土金属…………………………………………………………………...17

2.4.4 汞………………………………………………………………………………...19

2.5潜在可用于中高温过渡段的工质……………………………………………………..19

2.5.1 钾钠合金………………………………………………………………………...19

2.5.2 部分有机物……………………………………………………………………...20

2.5.3 部分卤化盐……………………………………………………………………...22

2.6 分析二元混合工质在过渡段的应用价值……………………………………………23

2.6.1 纯工质热管的传热机理………………………………………………………...23

2.6.2 混合工质热管的传热机理……………………………………………………...24

2.6.3 二元混合工质在中高温热管中的应用前景…………………………………...26

2.7 本章小结………………………………………………………………………………26

1. 高温热管应用技术研究……………………………………………………..27

3.1高温热管换热器………………………………………………………………………..27

3.1.1各种热回收装置的比较………………………………………………………….27

3.1.2高温热管换热器的结构……………………………………………………….....27

3.1.3高温热管换热器的优点………………………………………………………….28

3.1.4高温热管的应用前景…………………………………………………………….29

3.1.5高温热管换热器存在的问题及解决问题的方向……………………………….29

3.2 高温热管换热器的各参数分析………………………………………………………30

3.2.1热管的工作温度………………………………………………………………….30

3.2.2热管的长度……………………………………………………………………….30

3.2.3热管的直径……………………………………………………………………….30

3.2.4热管的充液率…………………………………………………………………….31

3.3热管的的性能检测……………………………………………………………………..32

3.3.1启动性能检测…………………………………………………………………….32

3.3.2等温性能检测…………………………………………………………………….32

3.3.3热管合格检验…………………………………………………………………….33

3.3.4确定热管最大传热热量………………………………………………………….33

3.5本章小结………………………………………………………………………………..33

1. 高温热管换热器的运行…………………………………………………………34

4.1 高温热管换热器设计运行中存在问题的分析………………………………………34

4.2 算例分析………………………………………………………………………………34

4.2.1 原始设计参数…………………………………………………………………...34

4.2.2 设计过程………………………………………………………………………...34

4.2.3 换热器内各排温度场的分析…………………………………………………...35

4.2.4 对温度分布的分析……………………………………………………………...38

4.3 过渡段的工作温度条件………………………………………………………………39

4.3.1 高温段…………………………………………………………………………...39

4.3.2 中温段…………………………………………………………………………...39

4.3.3 低温段…………………………………………………………………………...39

4.4 本章小结………………………………………………………………………………40

1. 高温热管换热器的优化设计…………………………………………………….41

5.1 高温热管换热器的设设计方法………………………………………………………41

5.1.1热管换热器的设计流程…………………………………………………………41

5.1.2 离散型设计计算方法…………………………………………………………...43

5.1.3 传热有效单元数法……………………………………………………………...46

5.2 高温热管换热器的优化设计…………………………………………………………48

5.2.1分布设计法……………………………………………………………………….48

5.2.2稳定性和结构参数优化………………………………………………………….51

5.3 热管换热器的主要评价指标…………………………………………………………54

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