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碳鋼熱管使用的好處 |
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現(xiàn)在的熱管式真空管適宜的工作溫度極限為120℃,隨著太陽(yáng)能應(yīng)用的開發(fā),如太陽(yáng)能空調(diào),工業(yè)用熱系統(tǒng),需要溫度更高的熱水.正在研制的內(nèi)聚光式熱管真空管太陽(yáng)集熱器,期望工作溫度達(dá)到150℃以上.
熱管類型及管材的選擇以萘,導(dǎo)熱姆和水等為工質(zhì)的熱管可作為中溫?zé)峁埽べ|(zhì)無(wú)毒無(wú)味,在150℃～2o0℃左右有較高的液體熱輸送能力.銅一水熱管有較好的兼容性,良好的熱穩(wěn)定性.鋼一水熱管產(chǎn)生的不凝氣體影響真空集熱管的可靠性和壽命.且銅水熱管制備方便,工藝成熟.然而水工質(zhì)隨著工作溫度的增加,飽和蒸汽壓亦隨之有較大的增加,而銅材的強(qiáng)度低,管內(nèi)較高的蒸汽壓力,會(huì)使銅管產(chǎn)生塑性變形——鼓脹,甚至爆裂.通過(guò)對(duì)幾種熱管進(jìn)行分析比較,采取了用銅管外套薄壁鋼管替代純銅管材的方法.這樣既不改變銅水熱管的優(yōu)良特性,又可在壁厚不會(huì)增加很多的情況下,保證管材的強(qiáng)度,剛度,材料成本也相對(duì)降低.另一方面,熱管采用無(wú)管芯的重力熱管,因?yàn)榧療崞骺偸且?0.左右傾斜角使用的,這個(gè) 角度十分有利于工作液的回流,軸向?qū)嵯禂?shù)亦最佳,并簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu).分別選取碳鋼(A10)和不銹鋼(1Crl8Ni9Ti)兩種材料作為復(fù)合管的外套管.碳鋼成本低,導(dǎo)熱系數(shù)較大,但易生銹,不宜做真空器件;不銹鋼的缺點(diǎn)是比碳鋼的導(dǎo)熱性能差些.
熱管的制作分為兩步,首先制備銅水熱管,然后將鋼管與銅水熱管復(fù)合.鋼管與銅水熱管復(fù)合采用真空高溫膨脹法.其工藝是:把銅熱管穿入鋼管中放入真空室,在5.0×10Pa 的真空度下加熱到250℃,則銅水熱管在自身內(nèi)的飽和蒸汽壓力的作用下,發(fā)生不可恢復(fù)的體積膨脹形變,因?yàn)殂~管與鋼管之間的間隙很小,利用這種膨脹使鋼管和銅管復(fù)合在一起.在真空排氣狀態(tài)下,可除去管問(wèn)的氣體,以形成良好的接觸.
充液量的選擇： 一般充液量是從工質(zhì)的傳熱極限或者說(shuō)極限功率來(lái)考慮的.但是,在太陽(yáng)能熱利用中,熱管實(shí)際傳遞的熱功率與常規(guī)的熱管設(shè)計(jì)時(shí)的傳遞極限相差甚遠(yuǎn),因此,不必要從極限功率去考慮最佳充液量,只要在運(yùn)行中可能遇到的最大功率下不干涸即可.在熱流量相同時(shí),充液率小,傳熱系數(shù)大;液量過(guò)多,液池深,熱管啟動(dòng)慢;由于重力熱管在工作時(shí)存在著沖擊性的兩相流動(dòng),汽泡夾帶液體沖向冷凝段,在一定時(shí)間內(nèi)滯留并形成液膜熱阻,增加傳熱溫差.熱管傾角也影響充液量,有試驗(yàn)表明,20～40.傾角時(shí)具 有最佳熱流密度.太陽(yáng)集熱管的使用角度恰與此吻合,這些因素表明液量少有利.但如果充液量不足, 熱管運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)干涸現(xiàn)象,使熱管不能正常工作.為此需要通過(guò)試驗(yàn)選取合適的充液量.
熱管的性能試驗(yàn)與分析：熱管的干涸試驗(yàn)經(jīng)測(cè)算,每根真空管傳遞的熱功率基本上為160～170W.實(shí)驗(yàn)采用相應(yīng)功率的電熱絲加熱熱管的蒸發(fā)段,冷凝段暴露在空氣中.在計(jì)算值的基礎(chǔ)上,對(duì)幾種充液量分別為40g,50g,60g,80g 的熱管進(jìn)行比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)充液量為60g 時(shí),可以滿足熱管的工作需要。 | |
