热管技术在热能工程中的应用
时间：2020-12-10 04:01:15 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：在我国经济不断发展、科技水平不断提高的背景下，热管技术越来越受到人们的重视。热管具有使用截面小、导热性能较好并且可以大量的产生热能等特点，因此，在热能工程领域中获得了广泛的应用。文章通过简要阐述热管技术的原理、特点等方面内容，对于热管技术在热能工程中的主要应用范围以及需要注意的问题进行了简要分析。通过提升热管技术在热能工程领域中的应用效果，可以在一定程度上使热能工程得到进一步的发展，以供相关人员参考。
关键词：热管技术；原理；热能工程；价值
引言
尽管铝、柴铜、银等金属的导热性较好，但是与热管相比，它们的导热系数很低。因此，热管因其自身具有良好的导热性能，成为目前应用较多的传热设备。与此同时，热管的工作状态比较稳定、具有很好的安全性并且使用时间长。一方面可以有效实现热能的有效流动，另一方面还可以在很大程度上节约能源、降低成本，因此，在热能工程领域中取得了很好的应用。随着我国经济的不断发展，科技水平的不断提升，热管技术在热能工程中的应用与发展引起了更多的关注。热管技术不仅为我国热能工程的发展奠定了坚实基础，在开发与应用新能源及可再生能源等方面，也做出了一定的贡献，是重要的技术基础。
1 热管技术
1.1 热管的基本结构
热管主要由管壳、管芯以及工作液体这三部分构成。管壳是热管的最外层，通常由不锈钢、碳钢、铜等金属材料制成。因此，管壳具有一定的承压能力，其内部空腔具有比较高的原始真空度。管芯是紧贴着管壳的，主要由毛细多孔结构材料制成，通常为金属丝网或者是烧结的金属粉末。工作液体主要是指热管在工作中传递热量的介质，密封在热管的内部，有液态和气态两种工作状态。常用的工作液体有水、甲醇、丙酮、氨等。其中，水的工作范围在45到210摄氏度之间。
1.2 热管技术的原理
热管在应用的过程中，可以分为三段，具体包括蒸发段、绝热段、冷凝段。其中，绝热段在中间，蒸发段与冷凝段在两边。在加热过程中，蒸发段受热会导致液体蒸发，所产生的蒸汽会带走热量流向冷凝段。在冷凝段放热冷却后，蒸汽就会冷凝为液态，沿着管芯的毛细多孔材料再次流回到热管的蒸发段。这就形成了一个闭合的循环回路，让热量在热管中不断的传递。如果将热管进行立式放置，还可以利用重力作用，让冷凝后的液体沿着热管的内壁回流到蒸发段。这种重力式热管不需要管芯提供毛细作用力，也被称作两相热虹吸管。
1.3 热管技术的特点
1.3.1 传热效率高
在换热器中，与柴铜、银、铝等金属材料相比，热管的导热系数要高出几百倍、甚至是上千倍，从传热效率方面来看，能够达85%以上，因此，热管具备优良的导热性能，是一种非常重要的传热介质。运用热管技术，不仅能够有效的回收余热，还能够有效的利用太阳能、地热能、排热、废热等低品位热源。这在一定程度上避免了热量的大量损耗，不仅节约能源，还可以有效的降低成本。
1.3.2 恒温
当热源的温度产生很大变化时，可变导热管不会受到热源温度的影响，能够有效保持冷凝段的液体温度不发生变化，从而实现冷热源的恒温。与其他的换热方式相比，可变导热管的恒温特点使其在具体的应用过程中，具有很大的优势。以汽车尾气余热回收利用为例，随着汽车的运行状态发生变化，其尾气的热负荷及排气温度也会有所改变，汽车排放的尾气温度有时会高达600到700摄氏度。但是，要想实现有效的余热回收利用，冷凝段或是热源的温度应当保持稳定，而可变导热管的恒温特性，可以有效的解决这类问题。
1.3.3 适应性强
热管与其他导热材料相比，其适应性比较强。一方面，能够适应温差的变化，另一方面，还能够有效的平衡温差。其蒸发段与冷凝段的结构、位置布置等方面比较易于控制，进而在实现热源分离方面，可以发挥较好的效果。热管之间可以相互独立的工作，不存在相互影响的现象，便于拆卸与更换。与此同时，换热设备在受热、放热等方面的结构设计较为灵活，因此对于热源的分离距离这一方面还能够实现良好的控制，并且不会因为一端损坏而影响两端液体的质量，从而充分实现冷热液体之间的零泄漏。
2 热管技术在热能工程中的应用
2.1 热管技术在锅炉上的应用
热管技术在锅炉中具有广泛的应用。空气预热器是锅炉的重要组成部分，在锅炉的运行过程中，发挥着重要的作用。但是，对于一些传统的空气预热器来说，长时间使用会存在磨损、低温腐蚀、积灰、漏风等现象，如果不采取相应的措施，会严重影响锅炉的正常使用，其安全性与经济性难以得到有效保障。用热管作为传热元件组成的空气预热器，取代原本使用的空气预热器，可以有效地解决上述存在的问题。这是因为热管在烟气侧的管壁温度相对来说是比较均匀的，并且管壁温度能够得到有效的控制，当烟气侧的管壁温度超过烟气的酸露点与水蒸气露点时，就能在很大程度上避免腐蚀现象的发生。另外，如果没有控制好烟气侧的管壁温度，还可以通过设计一定的烟速，使得烟气具有自吹灰作用，可以避免堵灰现象的产生。与此同时，因其本身的漏风系数为零，在应用的过程中不易出现漏风现象。
2.2 热管技术在余热回收中的应用
在余热回收中，热管技术也能起到一定的作用，具有很大的应用价值。以纺织业为例，热管可以通过回收余热，将热量传递到固定的装置中，进而实现热量的循环利用。在余热回收的过程中，将热管安装在废气的排出口，可以大量的回收废气中的热量，这样能够有效的节约能源，降低了生产成本，避免了不必要的损失。主要的工作原理是，当鲜风在定型机的负压作用下流入热管的蒸发段后，热管开始吸收热量，原来的鲜风经过传热管的新风段，最后流入到定型机烘箱的散热器。这就是余热回收的主要工作流程，比较简单，因此，热管技术得到了广泛的应用。
2.3 热管技术在其他方面的应用
除了以上两个方面，热管技术在其他方面的应用也比较广泛。例如，道路交通、航空航天等领域。首先，在我国的一些北方地区，冬季的温度普遍很低，会导致土壤处于冻土的状态。进入初夏阶段以后，在温度提升的影响下，冻土层会自下而上的融化，这样就会形成翻涌现象。受此影响，铁路路基会变得松懈，可能会导致交通事故的产生，产生不可估量的损失。为了有效解决这种问题，应当采用低温热管技术。通过分析热管的特点，可以了解到热管能够适应温差的变化，并且有效的平衡温差。在铁路路基的铺设中应用低温热管，通过热量的循环传递，可以平衡冻土层与空气之间的温度，从而有效避免翻涌现象的产生，降低交通事故的发生概率。其次，将热管安装到航天器中，还可以有效的平衡航天器两侧的温度。热量的相互传递，能够最大限度地避免因温差大而导致航天器出现系统故障。
3 结束语
随着社会经济的不断发展，科技水平的不断提高，使得人们提升了对于能源的利用效率。将热管技术应用于热能工程中，可以实现热能的循环利用，不但降低了成本，还能够为社会节约大量的能源，为环境保护做出一定的贡献。文章简要叙述了热管技术的原理。热管技术具有传热效率高、恒温以及适应性强等特点，使其在锅炉、余热回收以及其他方面都具有广泛的应用。与此同时，为了让热管技术可以进一步发展，我国的科研人员还应当继续进行研究，使其可以更好的为热能工程所利用。
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