熱管技術在熱能工程中的應用

楊曉明（重慶民豐化工有限責任公司 402660）

一、前言

熱管具有良好的導熱性能，因此能夠快速的將熱能進行傳遞，并且熱管基本上沒有熱損耗，所以其被稱為傳熱超導體。熱管的導熱系數很高，是目前應用較多的傳熱設備。最初其應用范圍比較狹窄，但由于其具有安全可靠、傳熱性能好、壽命長等特點，其逐漸被應用于多方面領域，比如航空航天、鍋爐等等[1]。熱管技術的應用與發展受到了高度重視，特別是在熱能工程中的應用，為熱能工程的發展奠定了重要基礎。

二、熱管技術的原理及其特點

1.熱管技術的原理

在加熱過程中，管芯內的工質會蒸發放熱，蒸汽帶走熱量流向冷凝段，蒸汽就會冷凝為液態，并且過程中會放出大量熱量，管芯提供的毛細作用力會使液態工質回流到蒸發段。從而整個過程就形成了一個閉合循環回路，使得熱量能夠基本完全從加熱段傳到散熱段。將熱管立式放置時，冷卻段在上層，加熱段在下層，液體直接靠重力作用就可以進行回流，不需要毛細結構的管芯提供毛細作用力，這樣的熱管叫做熱虹吸管。熱虹吸管被廣泛應用于熱能工程中。

2.熱管技術的特點

（1）恒溫

可變導熱管可以實現冷熱源的恒溫，也就是說當熱源溫度發生巨大變化時，可以保持冷凝段液體溫度不變，或者保持熱管溫度不變，使其不隨熱源的溫度變化而變化[2]。這種恒溫特性是很多其他換熱方式所不能取代的，比如說當利用汽車尾氣對乘客車廂進行加熱時，熱源的熱負荷及排氣溫度都會隨著汽車的情況變化而有所變化，但是又要求冷凝段或者熱源溫度保持不變，這時就可以通過熱管技術進行實現，有效的解決了這一問題。

（2）傳熱效率高

在換熱器中，熱管是重要的傳熱介質，與同質量的其他金屬相比，傳熱量更大。同時，其傳熱效率可達85%以上，可以有效的進行余熱回收，還可以有效的利用其他低品位熱源，比如太陽能、地熱能等等。采暖空調系統之間的溫差如果不能很好的回收，就會造成大量的熱量損耗，熱管技術就可以很好的解決這一問題，將其余熱進行最大程度的回收利用。

（3）適應性強

熱管的加熱段與冷凝段結構與位置布置易于控制，可以有效實現熱源分離；換熱設備的受熱與放熱部分的結構設計與位置布置也較靈活，可以很好的控制熱源的分離距離，使其能夠達到實際需要以及符合所采用的熱管性能。其距離可以定在很大的范圍內，少到幾十厘米，大到一百多厘米，充分實現冷熱液體之間的零泄漏。熱管可以很好適應溫差的變化，并可以有效平衡溫差。

三、熱管技術在熱能工程中的應用

1.熱管技術在鍋爐上的應用[3]

熱管技術所采用的換熱器能夠很好的將熱管內液體的熱量通過蒸發及冷凝進行傳熱，其特點主要有：第一，采用逆流換熱，具有較高的傳熱效率；第二，冷熱流體嚴格分開，無泄漏現象出現，并且不會因為一端損壞而影響兩端液體的質量；第三，熱管之間相互獨立工作，互不影響，便于拆卸與更換。將熱管技術應用于鍋爐中，實際操作就是用熱管換熱器取代原本使用的空氣預熱器，有效解決以往出現的堵灰及腐蝕等問題。熱管在煙氣側的管壁溫度是均勻的，熱管的冷熱段大小的控制可以很好的控制管壁溫度，使之高于煙氣的酸露點與水蒸氣露點，免腐蝕的發生。萬一管壁溫度沒有控制好，使得管外表面的煙氣疏松而干燥，熱管換熱器只要設計一定的煙速就可以使煙氣有自吹灰作用，防止堵灰。熱管換熱器因其本身的技術參數中漏風系數為零，所以可以有效防止漏風現象。

2.熱管技術在余熱回收中的應用

熱管技術還可應用于余熱回收中，比如紡織業等，這在很大程度上解決了能源浪費的現象。在紡織業中，熱管將余熱進行回收，然后送往固定的裝置中，以便循環利用。在這一過程中，熱管安裝在廢氣排出口，廢氣排出的同時就可以進行余熱回收，避免了損失，達到最佳效果。此外，鮮風通過定型機負壓作用進入熱管的蒸發段，吸收熱量后被送往傳熱管的新風段，最后送往定型機烘箱的散熱器，從而余熱回收工作完成。這一過程不僅簡單，而且也為紡織業回收了大量余熱，使其能夠循環利用，在很大程度上節約了能源成本，同時，也防止了能源浪費。

3.熱管技術在其他方面的應用

熱管技術在其他方面的應用也有很多，比如航空航天、道路交通等。將熱管安裝到航天器中，蒸發段面對太陽，冷凝段背對太陽，蒸發段吸收太陽的大量熱量，其內部的工作介質蒸發后將熱量傳送到冷凝段，在冷凝段釋放熱量后再次回到蒸發段，再次進行循環，這樣可以實現航天器兩側溫度的平衡，避免因溫差大而導致系統故障[4]。在我國北方地區，溫度較低，土壤處于凍土狀態，每初夏，溫度升高，凍土層自下而上融化，這樣就會形成翻涌導致鐵路路基松懈，而引發列車脫軌等嚴重交通事故。應用低溫熱管是解決這一問題的有效措施。不論是在寒冷季節還是在溫暖季節，凍土層中的低溫熱管都可以起到很好的調節作用，平衡凍土層與空氣的溫度，將熱量進行相互間傳遞，保證兩者間的溫度不至于相差太大，避免出現翻涌現象。

結語

隨著科學技術的不斷發展，人類對能源的利用也在不斷進步，傳統能源也在不斷減少，將熱管技術應用于熱能工程中，不僅可以實現熱能的循環利用，還可以為國家節約大量能源，為能源的充分有效利用打下堅實的基礎。但是，由于技術水平有限，在大力發展熱管技術的同時，還是會或多或少的出現一些技術上的難題，因此，科研人員應該繼續對其進行研究，解決熱管技術所存在的難題，使其能夠更好的為熱能工程所利用，同時也使得熱管技術能夠得到快速發展。

[1]高宏偉.王曳．熱管技術在熱能程中的應用特點[J]．活力，2010,（10）：22-26.

[2]楊志光.淺談熱管技術在熱能工程中的應用[J].赤子，2012,（1）：136-139.

[3]龔旻.應用熱管技術提高鍋爐熱效率[J].上海鐵道科技2010,（2）：89-93.

[4]李強.熱管技術在工程中的應用[J].科技創新與應用，2012,（31）：111-113.