热管换热器设计说明书

1第一章 热管及热管换热器的概述热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛吸作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。热 管 传 热 技 术 于 六 十 年 代 初 期 由 美 国 的 科 学 家 发 明 1， 它 是 利 用 封 闭 工 作腔 内 工 质 的 相 变 循 环 进 行 热 量 传 输 ， 因 而 具 有 传 输 热 量 大 及 传 输 效 率 高 等 特 点 。随 着 热 管 制 造 成 本 的 降 低 ， 尤 其 是 九 十 年 代 前 后 随 着 水 碳 钢 热 管 相 容 性 问 题 的 解决 ， 热 管 凭 借 其 巨 大 的 传 热 能 力 ， 被 广 泛 应 用 于 石 油 、 化 工 、 食 品 、 造 纸 、 冶 金等 领 域 的 余 热 回 收 系 统 中 。 热 管 气 -气 换 热 器 是 最 能 体 现 热 管 优 越 性 的 热 管 换 热器 产 品 ， 它 正 在 逐 步 取 代 传 统 的 管 壳 式 换 热 器 。 热 管 气 -气 换 热 器 是 目 前 应 用 最广 泛 的 一 种 气 -气 换 热 器 。我 国 的 能 源 短 缺 问 题 日 趋 严 重 ， 节 能 已 被 提 到 了 重 要 的 议 事 日 程 。 大 量 的 工业 锅 炉 和 各 种 窑 炉 、 加 热 炉 所 排 放 的 高 温 烟 气 ， 用 热 管 气 -气 换 热 器 进 行 余 热 回收 ， 所 得 到 的 高 温 空 气 可 用 于 助 燃 或 干 燥 ， 因 此 应 用 前 景 非 常 广 阔 。 据 有 关 报 道称 ， 我 国 三 分 之 二 的 能 源 被 锅 炉 吞 噬 ， 而 我 国 工 业 锅 炉 的 实 际 运 行 效 率 只 有 65%左右 ， 工 业 发 达 国 家 的 燃 煤 工 业 锅 炉 运 行 热 效 率 达 85%， 因 此 ， 提 高 工 业 锅 炉 的热 效 率 ， 节 能 潜 力 十 分 巨 大 。 如 果 我 国 锅 炉 的 热 效 率 能 够 提 高 10%， 节 约 的 能耗 则 相 当 于 三 峡 水 库 一 年 的 发 电 量 ， 做 好 工 业 锅 炉 及 窑 炉 的 节 能 工 作 对 节 约 能 源具 有 十 分 重 要 的 意 义 26。利 用 热 管 气 -气 换 热 器 代 替 传 统 的 管 壳 式 气 -气 换 热 器 ， 一 方 面 ,能 够 大 大 提高 预 热 空 气 进 入 炉 内 的 温 度 ， 降 低 烟 气 温 度 ， 从 而 大 大 提 高 锅 炉 的 热 效 率 ； 另 一方 面 ， 热 管 气 -气 换 热 器 运 行 压 降 非 常 小 ， 有 时 甚 至 不 需 要 增 加 引 风 机 等 设 备 ，从 而 使 得 运 行 费 用 大 大 降 低 。1.1 热管及其应用热 管 是 一 种 具 有 极 高 导 热 性 能 的 传 热 元 件 ， 它 通 过 在 全 封 闭 真 空 管 内 工 质 的蒸 发 与 凝 结 来 传 递 热 量 ， 具 有 极 高 的 导 热 性 、 良 好 的 等 温 性 、 冷 热 两 侧 的 传 热 面积 可 任 意 改 变 、 可 远 距 离 传 热 、 可 控 制 温 度 等 一 系 列 优 点 。 由 热 管 组 成 的 换 热 器2具 有 传 热 效 率 高 、 结 构 紧 凑 、 流 体 压 降 小 等 优 点 。 由 于 其 特 殊 的 传 热 特 性 可 控制 管 壁 温 度 ， 避 免 露 点 腐 蚀 。 目 前 已 广 泛 应 用 于 冶 金 、 化 工 、 炼 油 、 锅 炉 、 陶瓷 、 交 通 、 轻 纺 、 机 械 等 行 业 中 进 行 余 热 回 收 以 及 综 合 利 用 工 艺 过 程 中 的 热 能 ，已 取 得 了 显 著 的 经 济 效 益 7。 重 力 热 管 因 其 简 单 的 结 构 及 经 济 的 成 本 得 到 了 广泛 的 应 用 ， 其 工 作 原 理 是 ： 热 管 受 热 侧 吸 收 废 气 热 量 ， 并 将 热 量 传 给 管 内 工 质(液 态 )， 工 质 吸 热 后 以 蒸 发 与 沸 腾 的 形 式 转 变 为 蒸 汽 ， 蒸 汽 在 压 差 作 用 下 上 升 至放 热 侧 ， 同 时 凝 结 成 液 体 放 出 汽 化 潜 热 ， 热 量 传 给 放 热 侧 的 冷 流 体 ， 冷 凝 液 体 依靠 重 力 回 流 到 受 热 侧 。 由 于 热 管 内 部 抽 成 真 空 ， 所 以 工 质 极 易 蒸 发 与 沸 腾 ， 热 管起 动 迅 速 。 热 管 在 冷 、 热 两 侧 均 可 装 设 翅 片 ， 以 强 化 传 热 。1.1.1 热管的工作原理 热 管 工 作 的 主 要 任 务 是 从 加 热 段 吸 收 热 量 ， 通 过 内 部 相 变 传 热 过 程 ， 把 热 量输 送 到 冷 却 段 ， 从 而 实 现 热 量 转 移 。 完 成 这 一 转 移 有 6 个 同 时 发 生 而 又 相 互 关联 的 主 要 过 程 ,如 图 1.1。 这 6 个 过 程 是 ：液膜蒸汽qq工质3图 1.1 热 管 的 工 作 过 程 示 意 图(1)热 量 从 热 源 通 过 热 管 管 壁 和 充 满 工 作 液 体 的 吸 液 芯 传 递 到 液 -汽 分 界 面 ；(2)液 体 在 蒸 发 段 内 的 液 -汽 分 界 面 上 蒸 发 ； (3)蒸 汽 腔 内 的 蒸 汽 从 蒸 发 段 流 到 冷凝 段 ； (4)蒸 汽 在 冷 凝 段 内 的 汽 -液 分 界 面 上 凝 结 ； (5)热 量 从 汽 液 分 界 面 通 过吸 液 芯 、 液 体 和 管 壁 传 给 冷 源 ； (6)在 吸 液 芯 内 由 于 毛 细 作 用 使 冷 凝 后 的 工 作液 体 回 流 到 蒸 发 段 。 为 进 一 步 了 解 热 管 的 传 热 机 理 ， 将 以 上 6 个 过 程 详 述 如 下 ：从 热 源 到 蒸 发 段 内 液 汽 分 界 面 的 传 热 过 程 基 本 上 是 热 传 导 过 程 。 对 于 水 或酒 精 这 类 低 导 热 系 数 的 工 作 液 体 来 说 ， 由 于 吸 液 芯 （ 金 属 网 ） 的 导 热 系 数 比 液 体高 ， 因 此 通 过 吸 液 芯 和 液 体 时 ， 热 能 差 不 多 主 要 靠 多 孔 吸 液 芯 材 料 进 行 传 导 。 但是 ， 如 果 工 作 液 体 是 具 有 高 导 热 系 数 的 液 态 金 属 ， 此 时 热 量 既 通 过 吸 液 芯 材 料 进行 热 传 导 ， 同 是 也 通 过 吸 液 芯 毛 细 孔 内 的 液 态 金 属 进 行 传 导 。 在 多 孔 吸 液 芯 的 情况 下 ， 对 流 传 热 是 很 小 的 ， 因 为 要 产 生 有 实 际 意 义 的 对 流 流 动 ， 毛 细 孔 显 得 太 小了 。 通 过 吸 液 芯 材 料 和 工 作 液 体 的 传 导 所 产 生 的 温 差 是 热 管 热 流 通 路 中 的 主 要 温度 梯 度 之 一 ， 它 的 大 小 取 决 于 工 作 液 体 、 吸 液 芯 材 料 、 吸 液 芯 厚 度 以 及 径 向 净 热流 量 。 这 个 温 降 可 以 从 摄 氏 几 度 到 几 十 度 。热 量 传 递 到 液 汽 分 界 面 附 近 以 后 ， 液 体 就 可 能 蒸 发 ， 与 液 体 蒸 发 的 同 时 ，由 于 从 表 面 离 开 的 液 体 质 量 使 液 汽 交 界 面 缩 回 到 吸 液 芯 里 面 ， 形 成 一 个 凹 形的 弯 月 面 (如 图 1.2),这 个 弯 月 面 的 形 状 对 热 管 工 作 性 能 有 决 定 性 影 响 。 单 个 毛细 孔 上 简 单 的 力 学 平 衡 现 象 表 明 ， 对 于 球 形 分 界 面 ， 蒸 汽 压 力 与 液 体 压 力 之 差 是等 于 表 面 张 力 除 以 弯 月 面 半 径 之 商 的 两 倍 。 这 个 压 差 是 液 体 流 动 和 蒸 汽 流 动 的 基本 推 动 力 。 它 主 要 起 到 循 环 时 作 用 于 液 体 的 重 力 和 粘 滞 力 相 抗 衡 的 作 用 。 在 蒸 发段 ， 如 果 热 量 进 一 步 增 高 ， 则 弯 月 面 还 要 进 一 步 缩 入 到 吸 液 芯 里 面 ， 最 后 它 可 能妨 碍 毛 细 结 构 中 的 液 体 流 动 ， 并 破 坏 热 管 的 正 常 工 作 。4图 1.2 热 管 的 汽 液 交 界 面当 蒸 发 段 里 的 液 体 一 旦 因 吸 收 了 汽 化 潜 热 并 蒸 发 时 ， 蒸 汽 就 开 始 通 过 热 管 的蒸 汽 腔 向 冷 却 段 流 动 。 此 流 动 是 由 蒸 汽 腔 两 端 的 小 压 差 引 起 的 。 蒸 发 段 内 蒸 汽的 温 度 比 冷 却 段 内 的 饱 和 温 度 稍 高 一 些 ， 从 而 形 成 了 两 端 的 温 度 差 。 蒸 发 段 与冷 却 段 之 间 这 个 温 差 常 常 可 作 为 热 管 工 作 成 功 与 否 的 一 个 判 据 。 如 果 此 温 差 小 于0.5 或 1 ， 则 热 管 常 常 被 称 为 在 “热 管 工 况 ”下 工 作 ， 即 等 温 工 作 。在 蒸 汽 向 冷 却 段 流 动 的 同 时 ， 在 蒸 发 段 的 沿 途 上 不 断 加 进 补 充 的 质 量 （ 蒸 汽 ）， 因 此 在 整 个 蒸 发 段 内 ， 轴 向 的 质 量 流 量 和 速 度 是 不 断 增 加 的 ， 在 热 管 的 冷 却 段内 则 出 现 相 反 的 情 况 。热 管 内 的 蒸 汽 流 动 可 以 是 层 流 ， 也 可 是 湍 流 ， 这 取 决 于 热 管 的 实 际 工 作 情 况 。当 蒸 汽 流 过 蒸 发 段 和 绝 热 段 时 ， 由 于 粘 滞 效 应 和 速 度 效 应 使 得 压 力 不 断 下 降 （ 在绝 热 段 只 有 粘 滞 效 应 ） ， 一 旦 到 达 冷 却 段 ， 蒸 汽 就 开 始 在 液 体 吸 液 芯 表 面 上 凝结 ， 减 速 流 动 使 部 分 动 能 转 化 为 静 压 能 ， 从 而 使 得 在 流 体 运 动 的 方 向 上 压 力 有 所回 升 。 应 该 指 出 ： 蒸 汽 腔 内 的 驱 动 压 力 要 比 蒸 发 段 与 冷 却 段 内 液 体 的 饱 和 蒸 汽 压差 销 为 小 一 些 。 这 是 因 为 要 维 持 一 个 边 界 蒸 发 的 过 程 ， 蒸 发 段 内 液 体 的 蒸 汽 压 力必 须 超 过 该 处 与 之 相 对 应 的 蒸 汽 压 力 。 同 样 ， 为 了 保 持 连 续 凝 结 ， 正 在 冷 凝 中 的蒸 汽 压 力 必 须 超 过 该 处 与 之 对 应 的 液 体 的 蒸 汽 压 力 。当 蒸 汽 凝 结 时 ， 液 体 就 浸 透 冷 却 段 内 的 吸 液 芯 毛 细 孔 ， 弯 月 面 具 有 很 大 的 曲率 半 径 ， 可 以 认 为 是 无 穷 大 。 在 热 管 内 只 要 有 过 量 的 工 质 ， 就 一 定 集 中 在 冷 凝 表5面 上 ， 因 而 实 际 上 冷 凝 段 的 汽 液 分 界 面 是 一 个 平 面 ， 蒸 汽 凝 结 释 放 出 的 潜 热通 过 吸 液 芯 、 液 体 层 和 管 壁 把 热 量 传 给 管 外 冷 源 。 如 果 有 过 量 液 体 存 在 ， 则 从分 界 面 到 管 壁 外 面 的 温 降 将 比 蒸 发 段 内 相 应 的 温 降 大 ， 因 而 ， 冷 却 段 内 的 热 阻 在热 管 设 计 中 是 应 当 考 虑 的 重 要 热 阻 之 一 。1.1.2 热管的发展历程及应用领域热 管 作 为 一 种 具 有 高 导 热 性 能 的 传 热 装 置 ， 其 概 念 首 先 是 由 美 国 通 用 发 动 机公 司 的 Gaugler 于 1944 年 提 出 的 。 他 当 时 的 想 法 是 ： 液 体 在 某 一 位 置 上 吸 热 蒸发 ， 而 后 在 它 的 下 方 某 一 位 置 放 热 冷 凝 ， 不 附 加 任 何 动 力 而 使 冷 凝 的 液 体 再 回 到上 方 原 位 置 继 续 吸 热 蒸 发 ， 如 此 循 环 ， 达 到 热 量 从 一 个 地 点 传 动 到 另 一 个 地 点 的目 的 。 Gaugler 所 提 出 的 第 一 个 专 利 是 一 个 冷 冻 装 置 ， 由 于 时 代 条 件 的 限 制 ，Gaugler 的 发 明 在 当 时 未 能 得 到 应 用 。1962 年 特 雷 费 森 向 美 国 通 用 电 气 公 司 提 出 报 告 ， 倡 议 在 宇 宙 飞 船 上 采 用 一 种类 似 Gaugler 的 传 热 设 备 。 但 因 这 种 倡 议 并 未 经 过 实 验 证 明 ， 亦 未 能 付 诸 实 施 。1963 年 Los-Alamos 科 学 实 验 室 的 Grover 在 他 的 专 利 中 正 式 提 出 热 管 的 命名 ， 该 装 置 基 本 上 与 Gaugler 的 专 利 相 类 似 。 他 采 用 一 根 不 锈 钢 管 作 壳 体 ， 钠 为工 作 介 质 ， 并 发 表 了 管 内 装 有 丝 网 吸 液 芯 的 热 管 实 验 结 果 ， 进 行 了 有 限 的 理 论 分析 ， 同 时 提 出 了 以 银 和 锂 作 为 热 管 的 工 作 介 质 的 观 点 。1964 年 Grover 等 人 首 次 公 开 了 他 们 的 试 验 结 果 。 此 后 英 国 原 子 能 实 验 室 开始 了 类 似 的 以 钠 和 其 它 物 质 作 为 工 作 介 质 的 热 管 研 究 工 作 。 工 作 的 兴 趣 主 要 是 热管 在 核 热 离 子 二 极 管 转 换 器 方 面 的 应 用 。 与 此 同 时 ， 在 意 大 利 的 欧 洲 原 子 能 联 合核 研 究 中 心 也 开 展 了 积 极 的 热 管 研 究 工 作 。 但 兴 趣 仍 然 集 中 在 热 离 子 转 换 器 方 面 ，热 管 的 工 作 温 度 达 到 16001800 。1964 年 至 1966 年 期 间 ， 美 国 无 线 电 公 司 制 作 了 以 玻 璃 、 铜 、 镍 、 不 锈 钢 、钼 等 材 料 作 为 壳 体 ， 水 、 铯 、 钠 、 锂 、 铋 等 作 为 管 内 的 工 作 液 体 的 多 种 热 管 ， 操作 温 度 达 到 1650 。1967 年 至 1968 年 ， 美 国 应 用 于 工 业 的 热 管 日 渐 广 泛 ， 应 用 范 围 涉 及 到 空 调 、电 子 器 件 、 核 电 机 的 冷 却 等 方 面 。 并 初 次 出 现 了 柔 性 热 管 和 平 板 式 的 异 形 热 管 。Los-Alamos 科 学 实 验 室 的 工 作 一 直 处 于 领 先 状 态 ， 其 工 作 重 点 是 卫 星 上 热 管的 应 用 研 究 。 1967 年 一 根 不 锈 钢 -水 热 管 首 次 在 空 间 运 转 成 功 。 1965 年 Cotter6首 次 较 完 整 地 阐 述 了 热 管 理 论 ， 他 描 述 了 热 管 中 发 生 的 各 个 过 程 的 基 本 方 程 ，并 提 出 了 计 算 热 管 工 作 毛 细 限 的 数 学 模 型 ， 从 而 奠 定 了 热 管 理 论 的 基 础 。Katzoff 于 1966 年 首 先 发 明 有 干 道 的 热 管 。 干 道 的 作 用 是 为 后 冷 凝 段 回 流 到蒸 发 段 的 液 体 提 供 一 个 压 力 降 较 小 的 通 道 。 后 来 莫 里 茨 核 普 鲁 谢 客 提 出 了 一 个 新的 名 词 ， 把 在 吸 液 芯 结 构 中 加 进 一 些 干 道 的 热 管 称 为 “第 二 代 热 管 ”， 并 把 它 与“第 一 代 热 管 ”即 装 有 丝 网 层 等 吸 液 芯 的 热 管 作 了 比 较 ， 他 们 证 明 “第 二 代 热管 ”比 第 一 代 热 管 好 。1969 年 ， 苏 联 、 日 本 的 有 关 杂 志 均 发 表 了 有 关 热 管 应 用 研 究 的 文 章 。 在 日 本的 文 章 中 描 述 了 带 翅 片 热 管 管 束 的 空 气 加 热 器 。 在 能 源 日 趋 紧 张 的 情 况 下 ， 它 可以 用 来 回 收 工 业 排 气 中 的 热 能 。 同 年 特 纳 核 比 恩 特 提 出 了 “可 变 导 热 管 ”作 为恒 温 控 制 使 用 。 格 雷 提 出 转 动 热 管 ， 此 种 热 管 没 有 吸 液 芯 ， 依 靠 转 动 中 的 离 心 力使 液 体 从 冷 凝 段 回 流 到 蒸 发 段 ， 这 些 发 明 都 是 热 管 技 术 的 重 大 进 展 。热 管 自 1964 年 问 世 以 来 ， 获 得 了 广 泛 的 应 用 。 高 温 液 态 金 属 热 管 已 广 泛 地被 用 于 动 力 工 程 的 核 反 应 堆 和 同 位 素 反 应 器 的 冷 却 系 统 ， 并 在 空 间 应 用 中 作 为 热离 子 核 热 电 发 生 器 的 重 要 部 件 ； 此 外 ， 作 为 高 温 换 热 器 回 收 高 温 热 能 颇 具 前 途 。中 温 热 管 广 泛 地 被 用 于 电 子 器 件 及 集 成 电 路 的 冷 却 、 大 功 率 行 波 管 的 冷 却 、 密 闭仪 表 的 冷 却 ； 在 动 力 工 程 中 用 于 透 平 叶 轮 、 发 电 机 、 电 动 机 以 及 变 压 器 的 冷 却 ；在 能 量 工 程 方 面 用 于 废 气 热 能 回 收 、 太 阳 能 和 地 热 能 的 利 用 ； 在 机 械 工 程 方 面 用于 高 速 切 削 工 具 （ 车 刀 、 钻 头 ） 的 冷 却 。 低 温 热 管 在 通 信 联 络 中 冷 却 红 外 线 传 感器 、 参 量 放 大 器 ； 在 医 学 方 面 可 用 作 低 温 手 术 刀 ， 进 行 眼 睛 和 肿 瘤 的 手 术 。 随 着热 管 技 术 的 发 展 ， 其 应 用 范 围 还 在 扩 大 。 几 个 典 型 的 应 用 如 下 ：美 国 阿 拉 斯 加 输 油 管 线 工 程 采 用 热 管 作 输 油 管 线 的 支 撑 。 这 条 管 线 穿 过 寒 冷的 冻 土 地 带 ， 夏 天 冻 土 融 化 ， 使 得 管 线 下 陷 ， 引 起 管 线 破 裂 。 后 来 ， 决 定 在 管 架支 撑 中 装 设 简 单 的 重 力 热 管 ， 从 而 解 决 这 个 困 难 。 冬 天 通 过 热 管 将 管 桩 基 础 周 围的 热 量 带 出 并 散 失 在 空 气 中 ， 使 土 壤 冻 透 ， 形 成 结 实 的 “低 温 锚 桩 ”。 夏 天 ， 由于 重 力 热 管 具 有 单 向 传 热 性 能 ， 大 气 中 的 热 不 能 传 到 地 下 ， 故 地 下 冻 土 不 能 融 化 ；采 用 了 氨 -碳 钢 热 管 ， 长 10 20m， 上 部 散 热 端 装 有 铝 翅 片 ， 埋 入 土 壤 中 的 深 度为 9 12m， 在 热 管 两 端 温 差 小 于 1 的 情 况 下 ， 保 证 每 根 热 管 可 输 送 300W 的热 流 。 其 热 管 的 设 计 使 用 寿 命 可 达 30 年 ， 满 足 整 个 管 线 工 程 的 要 求 。 在1290km 长 的 管 线 上 ， 总 共 使 用 了 112,000 多 根 热 管 。7热 管 应 用 于 一 个 化 学 反 应 釜 ， 反 应 釜 的 搅 拌 轴 就 是 一 根 热 管 。 当 反 应 釜 中的 反 应 温 度 达 不 到 热 管 启 动 温 度 时 ， 热 管 不 工 作 ， 一 旦 温 度 上 升 到 热 管 工 作 温度 时 ， 热 管 便 通 过 釜 内 的 吸 热 片 把 热 量 传 到 釜 外 ， 通 过 散 热 片 散 入 空 间 ， 从 而使 得 釜 内 反 应 温 度 保 持 恒 定 。热 管 在 太 阳 能 方 面 的 应 用 。 目 前 太 阳 能 热 管 发 电 装 置 、 太 阳 能 热 管 热 水 器 等产 品 已 经 得 到 了 成 功 应 用 。 随 着 工 业 技 术 的 发 展 ， 热 管 技 术 正 愈 来 愈 广 泛 地 渗 入到 各 个 工 业 领 域 中 ， 发 挥 出 愈 来 愈 重 要 的 作 用 。我 国 热 管 研 究 开 始 于 1970 年 左 右 。 在 1972 年 ， 第 一 根 钠 热 管 运 行 成 功 ，以 后 相 继 研 制 成 功 氨 、 水 、 钠 、 汞 、 联 苯 等 各 种 介 质 的 热 管 ， 并 在 应 用 上 取 得 了一 定 的 进 展 。 1981 年 国 内 第 一 台 试 验 性 热 管 换 热 器 运 行 成 功 ， 各 地 相 继 出 现 了各 种 不 同 类 型 的 、 不 同 温 度 范 围 的 气 -气 热 管 换 热 器 和 气 -液 热 管 换 热 器 ， 在 工业 余 热 回 收 方 面 发 挥 了 良 好 的 作 用 ， 并 积 累 了 一 定 的 使 用 经 验 。20 世 纪 80 年 代 初 ， 国 内 一 些 科 研 院 所 、 高 校 及 制 造 厂 相 继 开 展 了 热 管 气 -气 换 热 器 的 试 验 研 究 。 主 要 目 的 是 解 决 热 管 的 制 造 工 艺 、 碳 钢 -水 热 管 的 相 容 性 、中 高 温 热 管 的 研 制 、 热 管 的 传 热 性 能 及 热 管 换 热 器 的 设 计 方 法 等 问 题 ， 其 研 究 成果 陆 续 在 石 化 、 冶 金 、 电 力 等 行 业 推 广 应 用 。 目 前 国 内 已 有 数 千 台 热 管 气 -气换 热 器 先 后 投 入 使 用 ， 取 得 了 较 好 的 使 用 效 果 。 但 也 暴 露 了 不 少 问 题 ， 如 热 管 失效 、 低 温 腐 蚀 、 积 灰 、 漏 风 等 ， 影 响 了 热 管 气 -气 换 热 器 的 进 一 步 推 广 。 因 此 ，急 需 对 这 些 问 题 进 行 细 致 分 析 与 研 究 ， 完 善 热 管 气 -气 换 热 器 的 设 计 制 造 方 法 ，提 高 热 管 气 -气 换 热 器 的 使 用 效 果 和 寿 命 812。1.1.3 热管换热器的性能特点及技术优势由 热 管 管 束 和 外 壳 等 组 成 的 换 热 器 称 为 热 管 换 热 器 。 一 般 情 况 下 ， 它 有 一 个矩 形 的 外 壳 ， 在 矩 形 外 壳 中 布 满 了 带 翅 片 的 热 管 。 热 管 的 布 置 可 以 是 错 列 呈 三 角形 的 排 列 ， 也 可 以 是 顺 列 呈 正 方 形 排 列 。 在 矩 形 壳 体 内 部 的 中 央 有 一 块 隔 板 把 壳体 分 成 两 个 部 分 ， 形 成 热 流 体 与 冷 流 体 的 通 道 。 当 热 冷 流 体 同 时 在 各 自 的 通 道 中流 过 时 ， 热 管 就 将 热 流 体 的 热 量 传 给 了 冷 流 体 ， 实 现 了 两 种 流 体 的 热 量 交 换 。根 据 具 体 工 况 设 计 的 热 管 换 热 器 结 构 及 外 形 形 式 多 样 ， 图 1.3、 图 1.4 分 别为 应 用 最 为 广 泛 的 气 -气 热 管 换 热 器 外 形 示 意 图 和 气 -液 热 管 换 热 器 外 形 示 意 图 。8图 1.3 气 -气 热 管 换 热 器图 1.4 气 -液 热 管 换 热 器热 管 式 换 热 器 是 一 种 新 型 的 换 热 器 ， 于 70 年 代 初 才 开 始 应 用 于 工 业 中 作 为9节 能 设 备 。 虽 然 热 管 换 热 器 在 工 业 中 应 用 时 间 不 长 ， 但 发 展 速 度 很 快 。 热 管 换热 器 的 最 大 特 点 是 ： 结 构 简 单 、 换 热 效 率 高 ， 在 传 递 相 同 热 量 的 条 件 下 ， 热 管换 热 器 的 金 属 耗 量 少 于 其 他 类 型 的 换 热 器 ， 换 热 流 体 通 过 换 热 器 时 的 压 力 损 失也 比 其 他 换 热 器 小 ， 因 而 动 力 消 耗 也 小 。 热 管 换 热 器 的 这 些 特 点 正 越 来 越 受 到 人们 的 重 视 ， 是 一 种 应 用 前 景 非 常 好 的 换 热 设 备 。我 国 于 1970 年 开 始 的 热 管 研 制 工 作 ， 首 先 是 为 航 天 技 术 发 展 的 需 要 而 进 行的 。 1976 年 12 月 7 日 ， 在 卫 星 上 首 次 应 用 热 管 取 得 了 成 功 。 我 国 气 象 卫 星 也 应用 了 热 管 ， 并 获 得 了 预 期 效 果 。 我 国 在 热 管 换 热 器 方 面 的 研 制 工 作 起 步 较 早 。 南京 工 业 大 学 于 1973 年 就 开 始 了 这 方 面 研 制 工 作 ， 并 和 南 京 炼 油 厂 共 同 完 成 了 国内 第 一 台 热 管 换 热 器 。 以 后 几 年 ， 热 管 换 热 器 相 继 在 纺 织 、 石 油 、 化 工 等 行 业 用于 余 热 回 收 及 干 燥 工 艺 上 。 各 研 究 热 管 的 科 研 单 位 和 大 专 院 校 都 先 后 与 制 造 热 管的 厂 家 组 成 了 科 研 生 产 联 合 体 ， 在 扩 大 热 管 换 热 器 应 用 范 围 和 有 效 、 合 理 地 使 用热 管 换 热 器 等 方 面 起 了 推 动 作 用 。热 管 气 -气 换 热 器 是 一 种 应 用 最 广 泛 的 热 管 换 热 器 。 随 着 能 源 短 缺 问 题 的 日趋 严 峻 ， 节 能 意 识 越 来 越 深 入 人 心 ， 热 管 气 -气 换 热 器 的 应 用 前 景 更 加 广 阔 。热 管 气 -气 换 热 器 是 目 前 应 用 最 为 广 泛 的 一 种 余 热 回 收 设 备 ,它 利 用 锅 炉 、加 热 炉 等 排 烟 余 热 预 热 炉 内 的 助 燃 空 气 ， 不 仅 可 提 高 炉 子 的 热 效 率 ， 还 可 以 减 轻对 环 境 的 污 染 ， 因