不锈钢换热管功率,热管理技术系列：高温热管简介

在“十二五”国家战略性新兴产业发展规划中，高效换热器、系统优化等能源梯次利用和高效利用技术是重大行动计划，旨在实现市场大幅增长的发展目标高效节能产品份额。

高温热管是一种具有极高传热性能的元件（轴向热流密度可达1000W/cm2以上）。 它通过液态金属在全封闭的真空系统中不断蒸发和冷凝来传递热量。 高传热能力和优良的等温性能在空间技术、太阳能集中利用、高温余热优质利用等领域具有很大的应用空间。

同时，高温热管可以安全高效地将一定的更高品位的能量传递给另一侧的流体，从而实现能量梯级利用的目的。

自1964年热管在美国正式发明以来，中国科学家就进行了研究和探索。 中国科学院工程热物理研究所是我国最早开展热管研究的单位之一。 1972年，我国第一根高温热管研制成功，如图。 1.

2008年以来，传热传质研究中心承担了航天科技集团公司委托的“高温热管研究与开发”、“高温热管强化研究与开发”等863项目，设计并加工了零部件，并改进了原有的高温钠热管填充。 实现高性能钠热管定量充填过程的工艺。

由于高温热管技术具有许多传统换热技术所不具备的独特优势，因此应用领域已经相当广泛。 应用重心从航天转向地面，从工业应用转向民用产品。 高温热管的制备工艺阻碍了高温热管的产业化发展。 为此，传热传质研究中心于2010年开始探索高温热管快速灌装工艺，目前已取得阶段性成果，已全面掌握一套高温热管灌装新工艺。热管。 利用这种高温热管填充工艺，在实验室中制备了直径为Φ25、长度为300、600、900、1200的2520不锈钢为壳材和液态金属钠的高温热管。作为工作流体，如图2所示。

高频感应加热设备型号XJH-25kW-A作为加热热源时，输入电压380V，最大加热功率25kW，高温热管通过自然对流和热辐射散热，高温热管壁温不变。 均匀度小于40℃，最高工作温度可达800℃以上。

该灌装工艺在保证产品质量的前提下，工艺先进，设备简化，成本低，生产效率高，适合规模化生产。

同时，对长度为1200、直径为Φ25的高温热管进行了温度均匀性的定量性能测试，测试结果如图3所示。热电偶的布置方式为：400mm、650mm、900mm，从加热底部到上部测量点。 图中左侧的数值表示“1000”为最大输入功率时的相对份额。

1、高温热管技术彻底改变了两种流体之间的传热方式

在传统的管壳式换热设备中，壳程可以通过增加折流板，形成流体多次穿过管壁的强化流动模式不锈钢换热管功率，而对于管程，则存在管内流动：1）在雷诺数相同的情况下，对流换热系数比管外吹扫流低80%以上； 2）内部传热面积不能大幅度扩大，管内和管外的传热过程不匹配，导致没有强化传热。

热管技术彻底改变了传统列管式换热设备传热缺陷。 换热设备中的隔板将高温热管机组分隔成一侧为高温段，一侧为低温段，使两种流体互不接触。 流体与管壁之间可实现管外扫掠流动，两侧对流换热系数增强，大大提高了高温段向低温段的能量传递。

对传统管内外流动的传热方式与高温热管技术的传热方式进行理论计算发现：当流体在两者上的雷诺数sides大于6000（对于换热器中的流体，这个值很容易达到），即使不考虑辐射传热增强传热效果，高温热管技术也有传热能力是传统管管式换热设备的3倍以上。

而且，采用热管外翅片扩大面积强化传热方式，可以进一步改善换热器的几何结构。

2、高温热管技术具有温差小、热流量大的传热特点

由于高温热管的传热介质为液态金属，具有较高的汽化潜热（在800K时，液态金属Na的汽化潜热达到/kg），因此可以实现小温差传热并且在高温条件下热通量大。 高温热管在正常工作时，整个热管管壁从受热面到冷却面的温差很小，从而克服了传热管表面的“热点”现象，防止管道因过热而泄漏，最终导致热力设备瘫痪等问题。

3、高温热管技术有效克服温差应力

使用常规高温换热设备时，管壁沿周向和轴向的温差较大（温差高达100-150K）。 由于材料的热膨胀变形相互制约，变形不自由，从而形成温差应力，存在管板破裂、桥体变形、管弯曲等问题，导致蠕变变形高温换热设备的换热管，降低高温换热设备的使用寿命。

高温热管隔热段焊接在中间隔板上，两侧管子可以自由膨胀，消除了管子与管板焊缝处的应力。 在高温大热流情况下，高温热管的加热段、绝热段和冷却段的温差也很小，变形均匀。 同时，加热段和冷却段不受约束，真正避免了温差应力。

4、高温热管技术提高换热器加工难度

对于常规列管式高温换热设备的换热管，由于换热单元过程发生在径向，轴向也存在较大的温差，换热器的壁温传输管不能随意调整。 高温热管技术在高温换热领域的应用各有不同。 可调节加热段和冷却段的长度，实现单根高温热管的传热变化，使管壁温度保持在相对合理的范围内，保护高温换热设备。 安全。

由于高温热管换热设备的换热管较长，沿长度方向在中间焊接隔板不锈钢换热管功率，如果采用全光管的形式很难组成换热设备； 同时，在高温含氧环境中，冷端采用全翅片扩展换热面的形式，加剧了换热管的外部腐蚀。 因此，采用热侧翅片结构、冷侧光管结构的高温热管换热设备，可以将高温热管作为单一换热器进行改进。 焊接时加工困难。

在解决高温热管成本高和性能长期稳定的情况下，高温热管技术在高温换热设备中的应用，可以使其工艺结构简单，大大降低生产投资费用。 虽然高温热管在应用领域还不多见，存在诸多问题，但可以预见，一旦高温热管换热设备解决了目前推广应用中存在的问题，高温热管的产业化应用热管技术可能会再一次飞跃。

热管石墨夹具采用进口石墨材料，从切割到CNC加工而成。 热管石墨治具的加工难点在于需要将各个凹槽对应的位置对齐，更好的保证了热管石墨治具在使用过程中方便易取。 热管石墨夹具在高温炉中耐高温，膨胀系数小，比其他载体轻，是高温炉中的重要配件。

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