热能工程中热管技术应用分析

摘要：随着科技技术的迅猛发展，热管技术引起了人们的更多重视目光，在热能工程中的应用也越来越广泛，并取得了显著的实践成效。本文从热管技术的基础知识出发，对其在钢铁行业回收余热等热能工程的相关应用实践做了浅显的介绍。

关键词：热能工程；热管技术；应用

在实践的应用中，热管在能源工程中的应用是上个世纪末才出现的，在国外对于热能技术在太阳能等领域的应用已经有了相关的研究，我国自从1972年实现第一根热管的成功研制之后，相继有了以氨、导热油等工质的热管研制，在石化、轻纺工业等领域得到了更广范围的应用，并且近年来逐步在热能工程领域实现了相关的应用。

一、热管的工作原理及基本构成

（一）热管的工作原理

热管共有蒸发段、绝热段、冷凝段三个基本的工作段结构 ，其中位于两端部分的分别是蒸发段和冷凝段，位于中间部分的是绝热段。当热管蒸发段的一端发生受热作用时，在毛细材料中就会产生液体蒸发的物理效果，并且蒸汽流会向冷凝段的一端移动，在冷凝段的一端由于受到冷却的物理作用蒸汽流又会重新凝结成液体，然后再一次的向蒸发段的一端移动，如此的循环反复移动，热量就会在蒸发段和冷凝段两端互相传播。通常这有着这样工作原理的热管也被叫做毛细管式热管，还有一种是不使用管芯，其工作方式只是通过凝结段液态工质的媒介，利用自身重力的作用实现两端的移动，这样的热管叫做重力式热管。

（二）热管的基本构成

热管的基本构成主要有三个部分，即工作液体、管壳和管芯。其中，热管工作时实现热量的传递主要是通过工作液体这个煤质来完成，主要有水、甲醇、丙酮等，在热管内呈液态和气态两种物理状态，在热管是真空状态的前提下才能充入，并且把毛细材料中所有的微孔全部填满后才完全密封。制造管壳的主要材料是金属性质的材料，包括不锈钢、碳钢等，这样制成的管壳是完全密闭的并且具有一定的压力承受值的，在内部的空腔位置还有原始真空度的存在。管芯的主要制作材料是毛细多孔材料，它是紧贴着管壁的，一般呈现方式为烧结的金属粉末。

二、热管技术的特点

和传统的换热技术相比，热管技术主要有以下几个方面的特点：

第一，较好的安全性。热管换热器的实现方式是二次间壁换热的，在工作过程中基本上没有机械障碍的情况出现，而且在实际的工作中，蒸发段与冷凝段也不会发生同时受损的情况，因此可以说热管在运行上是有很大的安全性保障的。

第二，可调节的管壁温度。在热管的工作过程中，关于管壁的温度不是固定的设定而是可以进行调节的，通过热流变化的方式可以有效实现热管管壁温度的保持，并使其可以在低温度流体的漏点上停留，在热交换中发挥着很大的作用，也很好的推动了设备长期正常的稳定运行。

第三，较高的传热效率。在热管的热转换器来说，有着极强的导热性能，与同质量状态条件下的铜、银等金属比较，可以实现更多的数量级热量的有效传递。同时热管的热转换器还有一个超出80%的传热效率，可以实现多种不同形式的有效利用，并且能够应用在太阳能等能源的回收领域。

三、热管技术的应用

（一）热管技术应用于钢铁行业回收余热

一般来说，热管技术应用于钢铁行业回收余热大多是用于回收余热废气的热量，一般热管技术在热烟气中起到热交换器作用，通常设备排出废气，热管就对其回收热能，产生蒸汽，再用于生产或生活蒸汽。废气排放口处是进行热管安装的主要位置，这样做的结果就是废气一经排放口排出就能得到大量余热的回收，使热能的回收率达到最大值。在热管进行余热回收的工作阶段，热管换热器内部多采用翅片管模式，这种管道余热回收效果比较好，热传导新能得到了有效的提高，这几年利用热管技术对钢铁废烟气回收发电利逐渐在钢铁行业使用。

（一）热管技术应用于铁路冻土路基

在我国的北部严寒区域，由于气候的原因土壤大多数时间都是处于冻土的状态，当夏天来临，温度得以升高，冻土层就会由底部向顶部逐渐融化，结果就会形成土壤翻涌的情况，进而引起铁路路基松懈，极大激发了诸如列车脱轨等一系列严重的交通事故出现，严重威胁着人们的生命安全，而低温热管技术的应用使这个难题得以有效的解决。在进行低温热管的使用阶段，首先要做的就是将其埋入冻土层。在气候寒冷的时节，由于空气的温度要远比冻土的温度低，所以热管中的液氨就可以吸收冻土中的热量产生蒸发现象，在压力差的有效作用下，氨蒸汽就会向热管的管腔上部缓慢流动，完成液体的冷凝后再次返回到蒸发段，紧接着再次吸热产生蒸发进入冷凝状态，如此反复循环，就可以实现冻土热量向外界大气中的释放。在比较温暖的时节，空气的温度升高，这时由于冻土的温度低于空气温度，就不会发生在冷凝段氨蒸汽的冷凝现象，这时汽相和液相之间就会达成一种平衡的状态，液氨不能够吸热蒸发向冷凝段传递热量，热管也就不再工作，也不能实现将大气中的热量向冻土传递。这样一来，冻土就会一直保持在底部较低的温度而上部较高的温度状态，也就不会出现翻涌问题，很好的避免了列车脱轨等由于冻土翻涌而导致的一系列交通事故。

（二）热管技术应用于航空航天

航天器不能通过空气的对流实现调节气温的作用是航空航天业普遍需要面对的难题。在对着太阳的位置，航天器就有非常高的温度，在背离太阳的位置，航天器就有非常低的温度，二者能达到高达300摄氏度的温差，在这个时候应用热管技术就能很好的实现温度的有效调节，得到平衡的温差。在航天器中进行热管的安装，蒸发段的一端面对着太阳，凝结段的一端背离着太阳。在蒸发段，热管完成大量热量的吸收就会产生工质的蒸发现象，然后向冷凝段传递热量，紧接着在冷凝段完成热量的释放并回到液态流回蒸发段，如此循环反复工作，就可以很好的平衡航天器两侧的温度，实现对温度的调节，有效避免航天器内部系统因为过大温差的原因发生运行故障，

结语：

随着社会生活水平的提高和人们对自然资源的使用，可以供人们继续使用的各种不可再生资源正在逐渐的走向枯竭，而在资源短缺的形势下，在热能工程中引入热管技术，对于实现热能领域的资源回收以及节约资源都有很大的积极作用。而另一方面，虽然现阶段我国的热管技术已经有了极大程度的发展，但是还需继续扩大应用领域范围，实现更多行业的推广并加大对其的研究力度，使其能够更好的服务人类的社会生活。

参考文献：

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