高效間壁式熱交換器

1、1,第三章 高效間壁式熱交換器,高效間壁式熱交換器,螺旋板式,板式,板翅式,熱管,微尺度,能源利用角度方面對(duì)熱交換器的要求,傳熱效率高,體積小,,,2,高效間壁式熱交換器,3.1 螺旋板式熱交換器3.2 板式熱交換器3.3 板翅式熱交換器3.4 翅片管熱交換器3.5 熱管熱交換器3.6 蒸發(fā)冷卻（冷凝）器的結(jié)構(gòu),3,高效就是換熱效率高，結(jié)構(gòu)緊湊即在增加換熱器的傳熱面積的同時(shí)，也要減小換熱器的體積“緊湊性”—熱交換

2、器的單位體積中所包含的傳熱面積的大小，m2/m3緊湊式熱交換器：>700m2/m3非緊湊性熱交換器：<700m2/m3,高效間壁式熱交換器,4,螺旋板式換熱器,螺旋板式換熱器由兩塊金屬薄板焊接在一塊分隔板上并卷制成螺旋狀而構(gòu)成的。卷制后，在器內(nèi)形成兩條相互隔開的螺旋形通道，在頂、底部分別焊有封頭和兩流體進(jìn)出口接管。其中有一對(duì)進(jìn)出口接管是設(shè)在園周邊上，而另一對(duì)進(jìn)出口則設(shè)在圓鼓的軸心上。換熱時(shí)，冷、熱流體分別進(jìn)入兩條通道，在

3、器內(nèi)作嚴(yán)格的逆流流動(dòng)。,第一節(jié) 螺旋板式熱交換器,5,基本構(gòu)造,外殼,螺旋體,密封裝置,進(jìn)出口,中心處有隔板將板片兩側(cè)流體隔開，各通道為環(huán)狀單一通道，其截面積為矩形，進(jìn)出管分別接于兩通道的邊緣端,具體的說(shuō)螺旋板式熱交換器的構(gòu)造,螺旋形傳熱板,隔板,頭蓋,連接管,6,工作過(guò)程,冷熱兩種流體分別在兩個(gè)螺旋通道中流動(dòng)，流體1從中心進(jìn)入，沿螺旋形通道流到周邊流出；流體2則由周邊進(jìn)入，沿螺旋通道流到中心流出。螺旋流道有利于提高傳熱系數(shù)。,7,

4、,定距柱,作用,保證流道的間距；加強(qiáng)湍流；增加螺旋板剛度。,固定方式,用3～10mm的圓鋼在卷板前預(yù)先焊接在鋼板上。,8,9,分類,,不可拆式:,可拆式,通道兩端全部墊入密封條后焊接密封,冷流體由外周邊流向中心排出，熱流體由中心外周排出，純逆流,夜—液熱交換器，公稱壓力<2.5MPa,,通道兩端面交錯(cuò)焊死，兩端面的密封采用端蓋加墊片,冷流體由外周流向中心，熱流體由中心流向周邊，純逆流,氣—液熱交換器，公稱壓力<1.6

5、MPa,一通道兩端焊死，另一通道兩端全部敞開，兩端面的密封采用端蓋加墊片,一側(cè)流體由外周流向中心在流向另一周邊，另側(cè)流體做軸向流動(dòng),氣—液冷凝器，公稱壓力<1.6MPa,10,螺旋板式換熱器,按流道布置和封頭形式可分為： I 型結(jié)構(gòu)：兩個(gè)螺旋通道兩側(cè)完全焊接封閉，不可拆。兩流體均作螺旋運(yùn)動(dòng)，通常冷流體由外周流入，熱流體從中心流入，形成完全逆流流動(dòng)。主要用于液體與液體之間的傳熱。II 型結(jié)構(gòu)：一個(gè)螺旋通道焊接封閉，另一通道的兩側(cè)

6、敞開。一流體作螺旋形流動(dòng)，另一流體則作軸向流動(dòng)。適合于兩流體的流量相差很大的場(chǎng)合。常做蒸汽冷凝器、氣體冷卻器使用。III 型結(jié)構(gòu)：一流體作螺旋形流動(dòng)，另一流體則是軸向流動(dòng)和螺旋流動(dòng)的組合，適用于蒸汽的冷凝和冷卻。,11,螺旋板換熱器結(jié)構(gòu)形式,Ⅲ型螺旋板換熱器,12,螺旋板式換熱器,13,螺旋板式換熱器的特點(diǎn),傳熱系數(shù)高 由于離心力的作用，可在較低Re數(shù)下出現(xiàn)湍流(Re=1400-1800)，允許流速可達(dá)2m/s，故傳熱系數(shù)較高，如水對(duì)

7、水的換熱，傳熱系數(shù)可達(dá)2000-3000 W/（m2·K）。不易堵塞 由于流速較高，又是在螺旋流道內(nèi)流動(dòng)，能較好的發(fā)揮流體對(duì)板面的沖刷作用，因而流體中的懸浮物不易沉積下來(lái)。由于流道長(zhǎng)，可為完全逆流，便于控制溫度和利用低溫?zé)嵩矗僮鲿r(shí)允許較低的溫度差，因此，在一些低溫差傳熱的場(chǎng)合，采用螺旋板換熱器比較合適。結(jié)構(gòu)緊湊，制造簡(jiǎn)便，單位體積設(shè)備內(nèi)的傳熱面積約為列管式換熱器的3倍。 操作壓力和溫度不能太高，尤其是所能承受的壓力

8、比較低，操作壓力只能在20atm以下，操作溫度約在300-400℃以下。不易檢修，整個(gè)換熱器已被卷制焊接為一個(gè)整體，一旦發(fā)生中間泄漏或其他故障，設(shè)備即告報(bào)廢。,14,(2) 螺旋板式換熱器,15,16,結(jié)構(gòu),板式換熱器是由一組長(zhǎng)方形的薄金屬傳熱板片構(gòu)成，用框架將板片夾緊組裝于支架上。兩個(gè)相鄰板片的邊緣襯以墊片(各種橡膠或壓縮石棉等制成)壓緊，板片四角有圓孔，形成流體的通道。,第二節(jié) 板式熱交換器,17,傳熱板片,密封墊

9、圈,壓緊裝置,軸及接口管等,組成,18,板式換熱器的構(gòu)造,,19,20,21,平板式換熱器 若干矩形板片，其上四角開有圓孔，通過(guò)圓孔外設(shè)置或不設(shè)置圓環(huán)形墊片可使每個(gè)板間通道只留兩個(gè)孔相連。,,（a）平板式換熱器流向示意圖 (b）平板式換熱器板片平板式換熱器,22,板四角開有角孔，流體由一個(gè)角孔流入，即在兩塊板形成的流道中流動(dòng)，而經(jīng)另一對(duì)角線角孔流出（該板的另外兩個(gè)角孔則由墊片堵?。?，流道很窄，通常只有3～4 m

10、m，冷熱兩流體的流道彼此相間隔。為了強(qiáng)化流體在流道中的擾動(dòng)，板面都做成波紋形。板片間裝有密封墊片，它既用來(lái)防漏，又用以控制兩板間的距離。 冷熱兩流體分別由板的上、下角孔進(jìn)入換熱器，并相間流過(guò)奇數(shù)及偶數(shù)流道，然后再?gòu)南?、上角孔流出。傳熱板片是板式換熱器的關(guān)鍵元件，不同類型的板片直接影響到傳熱系數(shù)、流動(dòng)阻力和承受壓力的能力。 板片的材料，通常為不銹鋼，對(duì)于腐蝕性強(qiáng)的流體（如海水冷卻器），可用鈦板。,工作過(guò)程,23,板

11、式換熱器結(jié)構(gòu)原理圖,24,25,板式換熱器,26,板式換熱器的工作原理,27,1.固定壓緊板 2.夾緊螺栓 3.前端板4.換熱板片 5.密封墊片 6.后端板7.下導(dǎo)板 8.后支柱 9.活動(dòng)壓緊板10.上導(dǎo)板,,28,安裝,固定壓緊板上交替的安放一張板片和一個(gè)墊圈，然后安放活動(dòng)壓緊板，旋轉(zhuǎn)壓緊螺栓。,1—上導(dǎo)桿；2—墊片；3—傳熱板片；4—角孔；5—前支柱；6—固定端板；7—下導(dǎo)桿；8—活動(dòng)端板,29,30,31,a

12、 傳熱板片,流體在低速下發(fā)生強(qiáng)烈湍流，以強(qiáng)化傳熱提高板片剛度，能耐較高的壓力,,人字形板,水平平直波紋板,鋸齒形板,作用：,類型：,32,33,板片的樣式,34,35,36,37,①?gòu)?qiáng)化傳熱的凹凸形波紋；②用以安裝密封墊片的密封槽；③介質(zhì)進(jìn)出的角孔；④板片懸掛裝置（缺口）；⑤保證密封墊片壓緊時(shí)對(duì)中的定位缺口；⑥板片組裝后保持流道一定的間隙、并使流層“網(wǎng)狀”化的觸點(diǎn)，可使板片在兩側(cè)介質(zhì)有壓差情況下減少板片的變形；⑦使介質(zhì)能均

13、勻沿板片流道寬度分布的導(dǎo)流槽；,具有的共同特點(diǎn),38,介質(zhì)在板片間的流動(dòng),單邊流,對(duì)角流,換向板片：,根據(jù)流程的需要，相應(yīng)不沖出某些角孔，介質(zhì)遇到盲孔即拐彎，進(jìn)行換向，增加介質(zhì)的流程,單邊流,對(duì)角流,39,組裝形成三種典型形式：,流體在每一程內(nèi)流經(jīng)每一垂直流動(dòng)后，改變方向，流經(jīng)下一程兩介質(zhì)的主體流向是逆流，但相鄰流道中有并流也有逆流。,40,并聯(lián)流程,介質(zhì)分別流入平行的流道，然后匯集成一股流出，為單程,41,復(fù)雜流程,同一程內(nèi)流道是

14、并聯(lián)的，在程與程之間是串聯(lián)的,42,流程組合方式,43,流程組合的表示方式,M1,M2,M3,m1,m2,m3——熱側(cè)、冷側(cè)流體流道相同的流程數(shù)N1,N2,N3,n1,n2,n3——相應(yīng)于對(duì)應(yīng)流程內(nèi)的流道數(shù) 都是從固定壓緊板開始,44,綜上所述,流程可以是單流程或多流程，兩流體的流程數(shù)可以相等或不相等,兩流體的流程中通道數(shù)不一定相等,習(xí)慣上以（流程×通道數(shù)）來(lái)表示流程板片的組合,,,,1×4表示甲流體為單流程、四

15、通道,2×2表示乙流體為兩流程、兩通道,45,b 密封墊圈,密封作用，防止介質(zhì)漏出（外漏）,在兩板片間造成一定的間隙，形成介質(zhì)的流道（內(nèi)漏）,,,承受壓力、溫度，耐流體的侵蝕,良好的彈性，可重復(fù)使用,,材料天然橡膠、丁晴橡膠、丁苯橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠、硅膠（80-150℃以下）壓縮石棉、石棉橡膠（260-300℃）,雙道密封 信號(hào)孔（凹槽）當(dāng)介質(zhì)從第一道密封泄露時(shí)，可以從信號(hào)空泄出，及早發(fā)現(xiàn)和檢修信號(hào)孔還可

16、以避免介質(zhì)穿通，防止一種介質(zhì)漏到另一種介質(zhì)中去,46,雙道密封,47,板式換熱器的墊圈,48,c 壓緊裝置,將墊圈壓緊，產(chǎn)生足夠密封力，,固定與活動(dòng)的壓緊板、壓緊螺栓,組成：,作用：,49,板式換熱器優(yōu)點(diǎn),結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小　很小的空間即可提供較大的換熱面積，不需另外的拆裝空間；相同使用環(huán)境下，其占地面積和重量是其他類型換熱器的1/3～1/5。傳熱系數(shù)高 雷諾準(zhǔn)數(shù)>10時(shí)，即可產(chǎn)生劇烈湍流，一般總傳熱系數(shù)可高達(dá)3000～800

17、0W/M2.K。端部溫差小 逆流換熱，可達(dá)到1℃的端部溫差。熱損失小 只有板片邊緣暴露，不需保溫，熱效率≥98%。適應(yīng)性好，易調(diào)整 通過(guò)改變板片數(shù)目和組合方式即可調(diào)節(jié)換熱能力，與變化的熱負(fù)荷相匹配。 流體滯留量小，對(duì)變化反應(yīng)迅速，拆裝簡(jiǎn)單，容易維護(hù) 板片是獨(dú)立的單元體，拆裝簡(jiǎn)單，可將密封墊密閉的板片拆開、清洗。結(jié)垢傾向低 高度紊流、光滑板表面，使積垢機(jī)率很小，且具自清潔功能，不易堵塞。低成本 使用一次沖壓成型的波紋板片裝配而

18、成，金屬耗量低，當(dāng)使用耐蝕材料時(shí)，投資成本明顯低于其他的換熱器。,50,板式換熱器缺點(diǎn),缺點(diǎn)：處理能力不大，操作壓力比較低，一般不超過(guò)20 atm，受墊片耐熱性的限制，操作溫度不能太高，一般合成橡膠墊不超過(guò)130℃，壓縮石棉墊圈也不超過(guò)250℃。,51,3 型號(hào)表示法,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,板式換熱器代號(hào),板式波紋形式代號(hào),單板工程換熱面積,設(shè)計(jì)壓力,換熱器換熱面積,墊片材料代號(hào),框架結(jié)構(gòu)形式代號(hào),舉例：,

19、BR0.3—1.6—15—N—I,B＿板式熱交換器,BL＿板式冷凝器,BZ＿板式蒸發(fā)器,52,第三節(jié) 板翅式熱交換器,1 基本結(jié)構(gòu),板束,導(dǎo)流片,封頭,隔板 翅片 封條,,,基本單元（通道）,,,53,板翅式換熱器結(jié)構(gòu)組成 由基本換熱元件組成，（a），在兩塊平隔板1中夾著一塊波紋形導(dǎo)熱翅片3，兩端用側(cè)條2密封，形成一層基本換熱元件，許多這樣的元件交錯(cuò)疊合（使相鄰兩流道流動(dòng)方向交錯(cuò)）焊接起來(lái)構(gòu)成板式換熱器。（b）是一種疊合方式。

20、波紋板形式 （a）為平直形翅片，還有鋸齒翅片圖 、翅片帶孔圖、彎曲翅片圖等形式，目的是增加流體的擾動(dòng)，增強(qiáng)傳熱。板翅式換熱器由于兩側(cè)都有翅片，做氣－氣換熱，傳熱系數(shù)對(duì)空氣可達(dá)350 W/(m2·℃)。板翅換熱器結(jié)構(gòu)非常緊湊，輕巧，每立方米體積中容納的傳熱面積可高達(dá)4300 m2，承壓可達(dá)100bar。但它容易堵塞，清洗困難，不易檢修。適用于清潔和無(wú)腐蝕的流體換熱。,54,板翅式換熱器結(jié)構(gòu)原理圖1—平隔板；2—側(cè)條；3—

21、翅片；4—流體,,55,光直翅片,鋸齒翅片,多孔翅片,,56,板翅式換熱器 1，3—側(cè)板；2，5—隔板；4—翅片,不同流型的板束通道,57,58,a 翅片,b 隔板,c 封條,d 分配段,e 集流箱,兩種流體逆流換熱時(shí)板翅式熱交換器分解圖,59,a 翅片,擴(kuò)大傳熱面積，提高換熱器緊湊性和傳熱效率,支撐隔板，提高熱交換器的強(qiáng)度和承壓能力,,1 平直翅片（PZ）,具有很長(zhǎng)光滑壁的長(zhǎng)方形翅片，流動(dòng)和傳熱特性與圓管內(nèi)的相似。流動(dòng)阻力小

22、，換熱系數(shù)也很小適用于：阻力要求嚴(yán)格，而本身對(duì)流換熱系數(shù)較大的場(chǎng)合。,傳熱機(jī)理：二次傳熱表面,60,2 鋸齒形翅片（JC）,將平直翅片切成許多短小片段，相互錯(cuò)開一定的間隔，間斷式；促進(jìn)流體的湍動(dòng)，破壞熱邊界層，強(qiáng)化換熱；適用于：氣體通道，高、低溫介質(zhì)溫差較大的場(chǎng)合、黏度較大的油通道；傳熱性能與翅片切開長(zhǎng)度有關(guān)。,61,3 多孔翅片（DK）,平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而形成，翅片開孔率5-10%，孔的排列方式有長(zhǎng)方形、平行四邊形

23、、正三角形；孔破壞傳熱邊界層，提高傳熱效果，高Re數(shù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)噪音和振動(dòng)；開孔有利于流體的均勻分配，利于介質(zhì)中雜質(zhì)、顆粒的沖刷和排除；適用于：有相變介質(zhì)的換熱，用作入口處的導(dǎo)流片,62,4 波紋翅片（PW）,在平直翅片上壓成一定的波形而形成，傳熱效果介于平直形和鋸齒形之間；流體在內(nèi)流動(dòng)時(shí)不斷改變流向，促進(jìn)湍動(dòng)，分離、破壞熱邊界層，強(qiáng)化傳熱；波紋越密，波幅越大，傳熱性能越好，但阻力也增大；耐壓強(qiáng)度較高；適用于：壓力較高的氣體換

24、熱場(chǎng)合。,其他：百葉窗式，片條式翅片、釘狀翅片,63,翅片的表示方法：用漢語(yǔ)拼音和數(shù)字,65PZ2103表示：,65—翅高6.5mm,21—節(jié)距2.1mm,03—翅厚0.3mm,PZ—平直,64,b 封條,使流體在單元體的流道中流動(dòng)而不向兩側(cè)外流,c 隔板,表面覆蓋一層釬料合金的金屬板，與翅片焊接成整體，釬料合金厚度約為0.1-0.4mm。含硅5-12%,d 導(dǎo)流片（分配段）,使介質(zhì)在翅片中均勻分布，便于封頭的布置,保護(hù)較薄翅片制造時(shí)不

25、受損壞，避免通道堵塞,65,66,I型：主要用于換熱器的端部有兩個(gè)封頭，需把流體引導(dǎo)到端部一例的封頭內(nèi)的場(chǎng)合。,II型：主要用于換熱器端部有三個(gè)以上的封頭，需把一股流體引導(dǎo)到中間封頭的場(chǎng)合。,III型：主要用于換熱器端部敞開或僅有一個(gè)封頭的場(chǎng)合，或用于錯(cuò)流形的換熱器,67,IV型 主要用于換熱器端部無(wú)法布置封頭，需把封頭布置于兩側(cè)的場(chǎng)合,e 封頭,即為集流器，聚集流體，并使板束和工藝管道連接起來(lái),V型：應(yīng)用較少，主要用于管路布置中,68

26、,順流形式,換熱效率較低，應(yīng)用較少，主要用在加熱時(shí)需要避 免流體被加熱（或冷卻）到高（或低）于某一規(guī)定 溫度的場(chǎng)合,3 流道布置,優(yōu)點(diǎn)：,69,逆流形式,熱利用率高，平均溫差較小，應(yīng)用最普遍,優(yōu)點(diǎn)：,70,錯(cuò)流形式,錯(cuò)逆流形式,傳熱效率高，可使換熱 器布置比較合理，常用 于一側(cè)有相變或溫差變 化很小的場(chǎng)合,可縮小通道截面積，提高

27、介質(zhì)初速，從而提高給熱 系數(shù)，結(jié)構(gòu)緊湊，適用于 兩種流體換熱系數(shù)相差較 大的場(chǎng)合,優(yōu)點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：,71,混流形式,可同時(shí)處理幾種流體的換 熱，并能合理分配各種流體 的傳熱面積，使換熱器更為 緊湊，減小冷量損失，適用 于多種流體進(jìn)行換熱的場(chǎng)合,優(yōu)點(diǎn)：,72,4 組裝結(jié)構(gòu),并聯(lián)組裝,在制造時(shí)截面積和長(zhǎng)度都要受到釬焊工藝的限制單個(gè)板束熱交換器

28、不能滿足使用需要，采用組裝體,73,串聯(lián)組裝,74,串并聯(lián)組裝,75,5 優(yōu)缺點(diǎn),傳熱效率高：可對(duì)介質(zhì)造成擾動(dòng)，使邊界層不斷破裂更新，從 熱強(qiáng)化換熱,結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕：重量?jī)H為具有相同換熱面積的管殼式的1/10， 而單位傳熱面積的金屬消耗比管殼式小幾倍,適用范圍廣：可以適用于氣—?dú)?、氣—液、液—液間各種不同介 質(zhì)患熱，亦可用作蒸發(fā)器、冷凝器。適用于逆流、

29、 錯(cuò)流、多股流、多程流等不同工況的換熱，可在 -273℃—+500℃溫度范圍內(nèi)使用,同一設(shè)備內(nèi)，可允許2-9種介質(zhì)間進(jìn)行換熱,制造工藝復(fù)雜，且要求嚴(yán)格,容易堵塞，清洗和檢修較困難,,,76,2 傳熱機(jī)理,傳熱特點(diǎn)是：具有擴(kuò)展的二次傳熱表面(翅片)。如圖所示，高溫側(cè)流體的熱量除了由一次表面（隔板）導(dǎo)入低溫側(cè)流體，還沿翅片高度方向傳遞部分熱量。即沿翅片高度方向由隔板導(dǎo)入熱量，再將這些熱量對(duì)流傳遞給低溫側(cè)

30、流體。 翅片高度大大超過(guò)了翅片的厚度，因此沿翅片高度方向的導(dǎo)熱過(guò)程類似于均質(zhì)細(xì)長(zhǎng)導(dǎo)桿的導(dǎo)熱，翅片熱阻不能被忽略。 翅片表面的溫度分布情況如果所示。翅片兩端溫度最高，等于隔板溫度。隨著翅片和流體的對(duì)流放熱，溫度不斷降低直至在翅片中部趨于流體溫度。,77,第五節(jié) 熱管熱交換器,1 熱管的發(fā)展及現(xiàn)狀,1944年:通用發(fā)動(dòng)機(jī)公司的R.S.Gaugler首先提出了熱管的工作原理,但是他的想法當(dāng)時(shí)并沒(méi)有被廣泛的采納利用。1963年:美

31、國(guó)的Los Alamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的G.M.Grover重新獨(dú)立發(fā)明了這種傳熱元件,并進(jìn)行了性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),將這種傳熱元件正式命名為熱管-heat pipe。1965年:Cotter首次提出了較完整的熱管理論。70年代以來(lái):熱管技術(shù)飛速發(fā)展.我國(guó)也自70年代開始, 展開了對(duì)熱管的研究和應(yīng)用?，F(xiàn)在熱管在電子工業(yè)、余熱回收、新能源等方面得到了廣泛應(yīng)用,熱管的工作原理及結(jié)構(gòu),78,2 熱管的組成,,熱管是一種利用氣化和冷凝的高潛熱及毛細(xì)抽

32、吸現(xiàn)象，無(wú)需外界動(dòng)力而能夠進(jìn)行傳熱的高效節(jié)能元件,以吸熱芯熱管來(lái)介紹熱管的結(jié)構(gòu),管殼,毛細(xì)多空材料（管芯）,蒸汽通道,蒸發(fā)段,絕熱段,冷凝段,79,3 熱管的工作過(guò)程,熱量由蒸發(fā)段輸入后，毛細(xì)材料中的工作液受熱蒸發(fā)，蒸汽順著蒸汽通道流向冷凝段；在冷凝段，蒸汽受到冷凝結(jié)成液體，放出熱量；凝結(jié)液體再沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。,80,81,熱管工作的主要任務(wù)是從加熱段吸收熱量，通過(guò)內(nèi)部相變傳熱過(guò)程，把熱量輸送到冷卻段，從而實(shí)現(xiàn)熱量轉(zhuǎn)

33、移，完成這一轉(zhuǎn)移有六個(gè)同時(shí)發(fā)生又相互關(guān)聯(lián)的主要過(guò)程：,（1）熱量從熱源通過(guò)熱管管殼和吸液芯（吸液芯中充滿工作 液體）傳遞到液—汽分界面,（2）液體的蒸發(fā)段內(nèi)的液—汽分界面上蒸發(fā),（3）蒸氣腔內(nèi)的蒸汽從蒸發(fā)段流到冷卻段,（4）蒸氣在冷卻段內(nèi)的汽—液分界面上的凝結(jié),（5）熱量從液—汽分界面通過(guò)吸液芯、液體和管壁傳給冷源,（6）在吸液芯內(nèi)由毛細(xì)作用使冷凝液從冷卻段回流到蒸發(fā)段,82,管 殼,作用：,將熱管的工作部分封閉起來(lái)，在熱管兩端部接受

34、和放出熱量，并承受一定的壓力,要求：,a 在整個(gè)工作壓力范圍內(nèi)不發(fā)生工質(zhì)泄露，壽命夠長(zhǎng),b 管殼結(jié)構(gòu)既能承受內(nèi)部最大的蒸汽壓力，又能兼顧降低 管壁熱阻，管壁盡可能薄,c 管殼材料與工質(zhì)必須相容，避免有腐蝕和氣體產(chǎn)生的現(xiàn) 象出現(xiàn),d 管殼材料經(jīng)得住工藝除氣工程中的高溫,e 管殼材料濕潤(rùn)性好，導(dǎo)熱系數(shù)高,材料：,不繡鋼，銅，鋁，鎳，玻璃，陶瓷,83,管芯（毛細(xì)多孔材料）,作用：,產(chǎn)生毛細(xì)抽吸力，使液體由冷凝段回流到蒸發(fā)段,要求：,a

35、 起到有效的毛細(xì)泵作用,b 與工質(zhì)、管壁材料必須相容,c 具有較高滲透率且傳熱性能好,d 具有足夠的剛性，以保證吸液芯與管壁緊密接觸,e 便于加工，性能可靠，經(jīng)濟(jì)性好,分類：,a 緊貼管壁的單層及多層網(wǎng)芯,84,b 燒結(jié)粉末管芯,c 軸向槽道式管芯,d 組合管芯,一定數(shù)目的金屬粉末或金屬絲網(wǎng)燒結(jié)在管內(nèi)壁面而成,在管殼內(nèi)壁開軸向細(xì)槽，以提供毛細(xì)壓頭及液體回流通道,85,工作液,作用：,攜帶熱量,要求：,a 具有較高的汽化潛熱和導(dǎo)熱系數(shù)，及

36、合適的飽和壓力 和沸點(diǎn),b 具有較低的粘度，良好的穩(wěn)定性,c 具有較大的表面張力和潤(rùn)濕毛細(xì)結(jié)構(gòu)的能力,d 對(duì)毛細(xì)結(jié)構(gòu)和管壁無(wú)溶解作用,種類：,隨熱管內(nèi)部的工作溫度而定,低溫范圍內(nèi)：乙醇，丙酮，氟利昂，液氨，液氮，液氫,常溫：水,高溫范圍內(nèi)：聯(lián)苯，萘，汞，液態(tài)金屬（鉀、鈉、鉀鈉合金）,86,4 熱管的分類,吸熱芯熱管（依靠毛細(xì)力）,兩相熱虹吸管（依靠重力回流）,旋轉(zhuǎn)熱管（依靠離心力）,重力輔助(依靠毛細(xì)力和重力),電動(dòng)力熱管,磁液體

37、動(dòng)力熱管,平板熱管,脈動(dòng)熱管,回路熱管,87,5 熱管工作時(shí)的特點(diǎn),假設(shè)熱管中沿蒸發(fā)段蒸發(fā)是均勻的，沿冷凝段冷凝也是均勻的，則熱管工作時(shí)其內(nèi)的質(zhì)量流量、壓力及溫度分布如圖：,質(zhì)量流量：,在冷凝段上，工作液在流動(dòng)方向上因蒸汽不斷冷凝而增加；而在蒸發(fā)段，工作液在流動(dòng)方向上因蒸發(fā)而不斷減少；在絕熱段，工作液保持不變,溫度：,蒸發(fā)段的飽和溫度稍高于冷凝段飽和溫度，此溫差<1-2℃,壓力：,88,表面張力與毛細(xì)管現(xiàn)象表面張力：在等溫情況下

38、增加液體單位表面積所需要的功。接觸角θ：液體表面及固體表面切線間的夾角。θ>90°，為不浸潤(rùn)液體，液面在表面張力的作用下下降。θ<90°,為浸潤(rùn)液體，液面在表面張力的作用下上升,6 普通熱管原理,89,受力分析得到方程:,假定R1=R2整理后得到:,90,熱管內(nèi)的毛細(xì)頭,平衡時(shí)有:,上升高度h:,就是毛細(xì)頭,它是熱管循環(huán)的基本推動(dòng)力,91,,7 熱管的傳熱極限,粘性極限,聲速極限,攜帶極限,毛細(xì)極限

39、,沸騰極限,92,粘性極限：1-2,熱管中蒸汽流動(dòng)的粘滯阻力限制了熱管的最大傳熱能力,聲速極限：2-3,熱管內(nèi)蒸汽流速在某一點(diǎn)達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀俣拗茻岬膫鳠崮芰?攜帶極限：3-4,熱管內(nèi)部蒸氣流速過(guò)高，將逆向回流的冷凝液體部分地從汽—液交界面上“撕脫”下來(lái)，攜帶至熱管的冷凝段，從而破壞了熱管的正常工作并達(dá)到傳熱極限,93,毛細(xì)極限：4-5,熱管在工作條件下，內(nèi)部的汽、液循環(huán)流動(dòng)所產(chǎn)生的壓力降和重力場(chǎng)對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響，由此面帶來(lái)的壓力損失恰好

40、與熱管內(nèi)吸液芯所產(chǎn)生的最大毛細(xì)壓頭相平衡，此時(shí)所達(dá)到的熱管傳熱極限,沸騰極限：5-6,熱管加熱段吸液芯中的液體受熱沸騰所產(chǎn)生的氣泡阻礙了正常液體的回流，或由于徑向熱流密度過(guò)大，從而形成膜態(tài)沸騰，使得壁面干涸所產(chǎn)生的傳熱極限,94,8 熱管的優(yōu)點(diǎn),很高的導(dǎo)熱性:比普通的金屬導(dǎo)體高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。優(yōu)良的等溫性:蒸汽處于飽和狀態(tài),從而保證了很小的溫差,利用該特性來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度展平。熱流密度可變性:可以通過(guò)改變蒸發(fā)段和冷凝段的面積來(lái)很方便的調(diào)節(jié)

41、熱流密度。熱流方向的可逆性:由于其內(nèi)部循環(huán)動(dòng)力是毛細(xì)力,所以任意一端受熱都可以成為蒸發(fā)段。環(huán)境的適應(yīng)性:熱管的形狀可以隨熱源和冷源的條件而變化,并可以將熱源和冷源分隔在兩個(gè)場(chǎng)所進(jìn)行熱交換。,95,由兩塊平行的板殼和吸液芯組成,通道截面為扁平的矩形。 目前,出現(xiàn)了由多個(gè)微型熱管平行排列組成的新型平板熱管,它的兩塊平行紫銅板中間采用焊接的方式固定若干互相平行的細(xì)銅絲,其中每相鄰兩根銅絲和上下兩塊紫銅板之間圍成一個(gè)通道,通道截面

42、由兩條半圓曲線和兩條平行直線構(gòu)成。 平板熱管由于質(zhì)量輕、良好的啟動(dòng)性和均溫性的優(yōu)勢(shì),而成為目前電子元件散熱方面的熱點(diǎn)研究,在國(guó)外已經(jīng)得到應(yīng)用。,平板熱管,96,脈動(dòng)熱管是由金屬毛細(xì)管彎曲成蛇形結(jié)構(gòu),管內(nèi)抽成真空后充注部分工作介質(zhì),由于管徑足夠小,管內(nèi)將形成氣泡柱和液體柱間隔布置并呈隨機(jī)分布的狀態(tài)。在蒸發(fā)端,工質(zhì)吸熱產(chǎn)生氣泡,迅速膨脹和升壓,推動(dòng)工質(zhì)流向低溫冷凝端。那里,氣泡冷卻收縮并破裂,壓力下降。這樣,由于兩端間存在壓差以及

43、相鄰管子之間存在的壓力不平衡,使得工質(zhì)在蒸發(fā)端和冷凝端之間振蕩流動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞,97,(Loop Heat Pipe , 簡(jiǎn)稱LHP) 作為一種新型熱控技術(shù),經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展,已日趨成熟, 利用蒸發(fā)器內(nèi)的毛細(xì)芯產(chǎn)生的毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)回路運(yùn)行,利用工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝,能在小溫差、長(zhǎng)距離的情況下傳遞大量的熱量,是一種高效的兩相傳熱裝置,主要應(yīng)用于空間技術(shù)熱控制。,環(huán)路熱管,98,Thank you for your attention,

44、99,4 混合式熱交換器,4.1 冷水塔4.1.1 冷水塔的類型（干式和濕式）（★）4.1.2 冷水塔的構(gòu)造 （★）4.1.3 冷水塔的工作原理（★）4.1.4 冷水塔的熱力計(jì)算4.1.5 冷水塔的通風(fēng)阻力計(jì)算4.1.6 冷水塔的設(shè)計(jì)計(jì)算,依靠冷、熱流體直接接觸進(jìn)行傳熱的，這種方式避免了傳熱間壁及其兩側(cè)污垢所形成的熱阻。,100,思考題：1 冷水塔的構(gòu)造包括哪幾部分？各自的作用是什么？2 冷水塔內(nèi)水溫下降的原因是什么？

45、各自的推動(dòng)力是什么？ 3 冷卻數(shù)和冷水塔特性數(shù)的定義各是什么？其意義各是什么？各值均與那些量有關(guān)？計(jì)算中兩值各怎么確定？,101,4.2 噴射式熱交換器4.2.1 噴射式熱交換器的一般問(wèn)題（★）4.2.2 汽—水噴射式熱交換器4.2.3 水—水噴射式熱交換器思考題：1 噴射式熱交換器內(nèi)部流體的運(yùn)動(dòng)可用什么定律來(lái)描述？2 噴射系數(shù)對(duì)汽—水噴射式熱交換器的影響是什么？,102,4.3 混合式冷凝器4.3.1 混合式冷凝