重力式热管蒸发器在硫酸高温废热回收中应用的可能性

介绍热管蒸发器的工作原理和基本结构，分析热管蒸发器在硫酸装置高温废热回收中的应用的可能性。硫磺制酸采用热管蒸发器的可能性较大，但仍需考虑露点腐蚀，高温硫化，热管的相容性等问题。对于硫铁矿制酸。热管蒸发器本身的技术问题和对高温炉气的适应性是其能否成功代替原废热锅炉的关键，可借鉴现有废热锅炉的运行经验，先在小型水洗净化流程的装置上试用，取得经验，逐步推广。热管蒸发器在沸腾炉内的应用，因温度较高，磨损严     

多蒸发器低温回路热管的运行特性

回路热管（LHP）是柔性高效的两相流换热部件，通过工质的相变以及毛细芯的吸附作用实现高效传热。多蒸发器回路热管（MeLHP）是在其基础上通过多个蒸发器并联实现对多个热源的高效热收集与排散，适用于空间探测技术中多阵列红外探测器的制冷。本文试验样机采用包含三个蒸发器的多蒸发器回路热管结构，管路以气耦合方式并联，管线非对称布置，工作温区为170K，采用乙烷为相变换热工质。以单蒸发器回路热管的数据为参考，在不同的加热功率及加热方式下对多蒸发器回路热管进行运行特性的实验研究，并从补偿器工作特性出发研究其充液率对性能的影响。实验证明，该MeLHP样机运行过程中具有良好的热分享特性，负载热量在各蒸发器间互相分享，且该特性有方向性，与两相流的流动特性相关，表现为低流阻回路向高流阻回路分享为有效分享，反之会引起高流阻性能变差而容易失效，因而低流阻回路分配更多热负载，有利于热管运行；MeLHP的传热极限与单蒸发器回路热管相当，并且实验还验证了MeLHP补偿器的工作方式为单一补偿器工作，因而对MeLHP充装时应适当提高充液率，以获得与单回路热管一致的性能。该研究有助于多蒸发器回路热管运行规律的掌握，对实际应用的推动有促进作用。     

平板形蒸发器环路热管的研究进展

环路热管是一种高效的传热装置。与其他传统的热管相比,其最大的优势是传热距离大、可反重力运行。对环路热管进行总结和回顾,既有利于推进环路热管基础理论的发展,也可促进新型、高效环路热管的开发与利用。本文根据蒸发器的形状对环路热管进行了分类,全面系统地介绍了近五年国内外关于平板形蒸发器环路热管的实验研究和理论模型研究进展,包括吸液芯结构设计、工质选择、蒸发器优化、蒸发器的模型研究及环路热管系统的模型研究,分析了6种吸液芯结构各自的优缺点与应用现状,比较了几种常见工质及3种常规平板形蒸发器环路热管系统模型之间的差异。最后对平板形蒸发器环路热管的研究现状进行了总结,并对未来其在实验研究和理论模型研究方面提出了科学的分析与展望。     

热负荷分布对双蒸发器环路热管传热性能的影响

针对各自带液体补偿器的双蒸发器环路热管,采用模块化建模方式,数值模拟了不同热负荷分布下蒸发器毛细芯内的温度分布,确定了最优负荷分布模式以及系统传热极限。结果表明:施加于双蒸发器上的热负荷将同时影响双芯的温度变化,最优的热负荷分布模式为等热量分布。在一定的热沉温度下,并联双蒸发器环路热管的传热性能要明显优于单蒸发器环路热管,并以此求得该模型的传热极限为130 W,远大于同尺寸单蒸发器环路热管的传热极限37 W。     

不同加热方式下环路热管蒸发器补偿器的可视化

为了探索不同加热方式对环路热管的启动及稳定运行性能的影响,对环路热管的蒸发器补偿器进行了可视化试验研究。环路热管以R245fa为工质,充液率为50%,分别采用了三种不同的热负载施加方法：蒸发器顶部加热、蒸发器上下同时加热、蒸发器底部加热。根据启动过程中蒸发器空腔内的主要相变模式不同,对应地分为3种启动模式：蒸发启动模式、蒸发沸腾混合启动模式、沸腾启动模式。结果发现：在5W启动过程中,蒸发沸腾混合模式和沸腾模式下的启动速度最快,并在蒸发器空腔气体槽道出口处伴有气泡溢出,分别历时760s、1180s,远小于蒸发启动模式的2370s。分析可知,环路热管的启动速度与蒸发器空腔内的初始液面及其平均液体消失速度密切相关。另外,为研究蒸发器空腔内液相工质的沸腾,对不同的启动模式下空腔内的气泡生长进行了探索。在稳定工况中,同热负载下不同加热方式的环路热管的热阻及补偿器液面高度都不相同,其中底部加热方式的环路热管热阻最小。经分析发现,同热负载下不同加热方式会影响蒸发器内液相工质的蒸发效率,同时也会改变补偿器液面高度和蒸发器向补偿器的漏热,进而影响环路热管性能。     

热管蒸发器的应用体会

选用热管蒸发器回收玻璃熔窑排放烟气中的余热,可以替代燃气锅炉,达到节能、减排、增效的目的。介绍了热管蒸发器使用管理的经验,为了降低运行成本,在安装时应注意的事项。     

热管式蒸汽发生器的火用分析

以热力学第一、第二定律为基础的热平衡分析法和火用平衡分析法相结合，对热管式蒸汽发生器进行了火用分析，给出了热管式蒸发器中各部分的火用损失情况，指出其合理的布置方式     

多蒸发器毛细泵回路热管的反重力工作特性

毛细泵回路(CPL)热管具有传热能力高、控温能力强等优点,可以实现小温差、长距离、无附加动力的热量传输,在航天器热控系统和电子器件冷却方面具有广泛的应用。利用自行设计的多蒸发器CPL系统,通过反重力布置时多蒸发器CPL的启动运行实验,分析了多蒸发器CPL的启动工作特性和稳定运行时的热管热阻。结果表明,多蒸发器CPL在反重力布置时具有良好的启动特性,多蒸发器共同工作时,运行稳定、温度分布均匀,可适应多种工况的要求。     

双通道平板型环路热管的传热特性

以铜为主要材料、超纯水为工质研发了双通道平板型环路热管。分别在双通道环路热管的两根液管上安装阀门,通过阀门的开关,实现双通道平板型环路热管和单双道平板型环路热管的互相转换。通过实验,发现双通道平板型环路热管的传热性能比单通道平板型环路热管要好。在热源的加热量为30W时,蒸发器温度的降幅可达10℃。在不同的功率下,双通道环路热管比单通道环路热管总热阻的下降幅度在20%以上。但双通道平板型环路热管的总热阻与单通道平板型环路热管相比,降幅并没有达到50%,这是由于采用双通道的形式,只能减小通道压降造成的热阻以及冷凝热阻,但不能减小蒸发器热阻。     

新型光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统

光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统将太阳能环形热管循环模式和太阳能热泵循环模式有机结合,两者采用相同的工质,共用一个PVT蒸发器和冷凝器。当太阳辐照强度较强,工质在PVT蒸发器中的温度高于冷凝器中的温度时,可以利用环形热管模式制热;当太阳辐照强度较弱或工质在PVT蒸发器中与冷凝器中的温差无法满足环形热管模式运行时,可以利用热泵模式制热。两种模式既能够独立运行,又可以互相切换,确保热能的稳定供应,同时能够明显降低系统耗电量。搭建了光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统实验平台,对复合系统在环形热管模式和热泵模式独立运行时的瞬时性能和全天性能进行了实验研究。     

新型光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统

光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统将太阳能环形热管循环模式和太阳能热泵循环模式有机结合,两者采用相同的工质,共用一个PVT蒸发器和冷凝器。当太阳辐照强度较强,工质在PVT蒸发器中的温度高于冷凝器中的温度时,可以利用环形热管模式制热;当太阳辐照强度较弱或工质在PVT蒸发器中与冷凝器中的温差无法满足环形热管模式运行时,可以利用热泵模式制热。两种模式既能够独立运行,又可以互相切换,确保热能的稳定供应,同时能够明显降低系统耗电量。搭建了光伏-太阳能环形热管/热泵复合系统实验平台,对复合系统在环形热管模式和热泵模式独立运行时的瞬时性能和全天性能进行了实验研究。     

高效传热元件——热管简介

热管是本世纪六十年代初发展起来的一种高效传热元件。由于它构造简单,工作可靠,重量轻,成本低,能在温差甚小的情况下传递大量的热量。所以,目前被广泛应用于国防、工农业生产和生活各个领域。在化工中常用来回收低温余热。一、热管的工作原理与工作过程热管是一种在密闭的容器中,借助于可凝性液体工质的蒸发、冷凝而高效传递热量的元件,图1为热管的基本结构原理示意图。热管的一端是蒸发器,热能通过蒸发器段     

热管空气回热器在热泵木材干燥机上的应用

在热泵木材干燥机上热管空气回热器可以利用从热泵蒸发器出来的低温冷空气来预冷进蒸发器前的空气，使得空气在蒸发器中除湿能耗比ＳＰＣ在空气温度为５０℃、相对湿度为８０％时从原来的０．４１ｋＷｈ／ｋｇ水降低为０．３２ｋＷｈ／ｋｇ水，每去除１ｋｇ水比原来节电２４％，木材干燥周期短，不易开裂。     

热管式蒸发器和管束式蒸发器的应用分析

从工业实际应用的角度 ,着重分析了目前应用得较多的热管式蒸发器和翅片管束式蒸发器这两种结构型式设备的各自特点及适用范围 ,作为科技人员在选择蒸发器结构型式时的参考     

强化相变驱动的环路热管蒸发器可视化实验台建立及实验

以研究强化相变驱动的环路热管的传热机制为目的,设计了一种带有相变空间的新型结构可视化平板热管蒸发器,实验研究了相变空间高度对热管蒸发器启动时间的影响与加热功率对其启动传热特性的影响,并观察了启动过程中工质在相变空间内的相变特性。实验结果:在不同相变空间高度情况下,实验蒸发器系统的启动时间存在明显差异,当相变空间为1mm时,系统启动时间较短,工质不易出现干涸现象。并且在启动加热功率不同时,系统启动热阻也不同,更高的加热功率对应更低的整体热阻。通过可视化实验的观察与分析,为建立环路热管相变驱动机制的可行性研究奠定了基础,为建立描述这一驱动机制的数学模型提供了实验依据。     

一种新型环路重力热管的数值模拟和性能优化

研究了一种新型的环路重力热管(LGHP),并提出一种基于VOF方法的简化两相流数值模型,能够有效地模拟热管蒸发器内部气泡的产生和干涸区的位置,从而研究蒸发器内部工质的流动特性。在数值模拟的基础上改进了蒸发器的流道结构,以延缓水平放置时蒸发器干涸区的出现。通过实验验证发现改进后蒸发器的传热性能得到了很大的提高,蒸发器中制冷剂的液相积存量得以提升,使其极限热通量(CHF)提高到140 kW/m²(加热功率2000.7 W),为改进前CHF的两倍。证明该简化模型在模拟干涸区位置方面具有准确性,可以为进一步的设计和改进平板蒸发器流道结构提供参考。     

平板式环路热管性能的实验

针对一款基于并联式平板蒸发器的小型环路热管进行了实验研究,分析了冷凝器位置以及摆放方式对环路热管运行性能的影响。实验表明：该环路热管能在低功率（20 W）时各种摆放方式下顺利启动,并具有良好的工作性能,其最大热负荷达到130 W,此时热阻为0.21 ℃/W;该热管水平放置时,蒸汽管线长度越短,启动性能越好,最大热负荷越大;运行功率越大,蒸汽管线长度对运行性能的影响越明显。并联式平板环路热管具有很好的反重力特性,能够在各种竖直放置状态下正常运行;该环路热管竖直放置且储液器位于蒸发器下方时,系统的运行性能最好。     

不同灌充率对一种新型环路热管运行特性的影响

环路热管作为一种利用工质相变传输热量的装置,被广泛应用于电子器件散热。研究表明在环路热管运行中,蒸发相变产生的气相压头不能忽略。本环路热管与毛细力热管的区别在于,将吸液芯与蒸发器底板分离,专门形成一个蒸发腔,工质的相变发生在蒸发腔内,以此增大气相压头驱动工质循环。实验研究了在不同灌充率（15%～85%）下的热管运行特性。结果表明：突出气相压头的环路热管可以在较宽泛的灌充率（20%～75%）下正常运行,并且存在最佳的灌充率（35%）,可使蒸发器底板温度在65.1℃运行。通过不同灌充率的实验研究,可以为承担不同热负荷散热的环路热管设计优化提供参考,并指导后续的实验研究。     

有/无泵辅助板式蒸发器环路热管系统性能的实验研究

实验研究了泵辅助和无泵辅助板式蒸发器环路热管系统的启动特性、不同热流密度下系统内工质的流动传热特性和热效率,以及在一定热流密度下不同泵功率对泵辅助板式蒸发器环路热管系统的影响。结果表明:无泵辅助系统需蒸发器内产生气态工质后才开始运行并进行换热,冷凝器内的工质是相变换热,而泵辅助环路热管系统一经启动就开始运行并进行热量交换,冷凝器内的换热方式逐渐由显热换热转变到相变换热;无泵辅助系统热效率随蒸发器热流密度的升高而升高,而泵辅助系统随蒸发器热流密度的升高而降低,泵辅助系统整体热效率高于无泵系统;当热流密度为0.25 W·cm~(-2)时,泵辅助环路热管热效率较无泵辅助环路热管热效率高22.1%,而当热流密度为1.25 W·cm~(-2)时,泵辅助系统仅比无泵辅助系统高2.7%,说明当热流密度较小时,泵辅助系统更具优越性;对于泵辅助环路热管系统,系统热效率随着泵功率的增加而减小,在1.25 W·cm~(-2)热流密度下,适用的泵功率强度不应超过0.002 W·cm~(-2),表明系统热流密度与泵功率存在最优匹配。研究结果可为设计分离型平板式太阳能热水器及热沉散热器提供参考。     

不同灌充率对一种新型环路热管运行特性的影响

环路热管作为一种利用工质相变传输热量的装置,被广泛应用于电子器件散热。研究表明在环路热管运行中,蒸发相变产生的气相压头不能忽略。本环路热管与毛细力热管的区别在于,将吸液芯与蒸发器底板分离,专门形成一个蒸发腔,工质的相变发生在蒸发腔内,以此增大气相压头驱动工质循环。实验研究了在不同灌充率(15%~85%)下的热管运行特性。结果表明:突出气相压头的环路热管可以在较宽泛的灌充率(20%~75%)下正常运行,并且存在最佳的灌充率(35%),可使蒸发器底板温度在65.1℃运行。通过不同灌充率的实验研究,可以为承担不同热负荷散热的环路热管设计优化提供参考,并指导后续的实验研究。