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碳鋼熱管使用的好處 |
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現在的熱管式真空管適宜的工作溫度極限為120℃,隨著太陽能應用的開發(fā),如太陽能空調,工業(yè)用熱系統(tǒng),需要溫度更高的熱水.正在研制的內聚光式熱管真空管太陽集熱器,期望工作溫度達到150℃以上.
熱管類型及管材的選擇以萘,導熱姆和水等為工質的熱管可作為中溫熱管，水工質無毒無味,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,而銅材的強度低,管內較高的蒸汽壓力,會使銅管產生塑性變形——鼓脹,甚至爆裂.通過對幾種熱管進行分析比較,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,又可在壁厚不會增加很多的情況下,保證管材的強度,剛度,材料成本也相對降低.另一方面,熱管采用無管芯的重力熱管,因為集熱器總是以40.左右傾斜角使用的,這個 角度十分有利于工作液的回流,軸向導熱系數亦最佳,并簡化了結構.分別選取碳鋼(A10)和不銹鋼(1Crl8Ni9Ti)兩種材料作為復合管的外套管.碳鋼成本低,導熱系數較大,但易生銹,不宜做真空器件;不銹鋼的缺點是比碳鋼的導熱性能差些.
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合.鋼管與銅水熱管復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的飽和蒸汽壓力的作用下,發(fā)生不可恢復的體積膨脹形變,因為銅管與鋼管之間的間隙很小,利用這種膨脹使鋼管和銅管復合在一起.在真空排氣狀態(tài)下,可除去管問的氣體,以形成良好的接觸.
充液量的選擇： 一般充液量是從工質的傳熱極限或者說極限功率來考慮的.但是,在太陽能熱利用中,熱管實際傳遞的熱功率與常規(guī)的熱管設計時的傳遞極限相差甚遠,因此,不必要從極限功率去考慮最佳充液量,只要在運行中可能遇到的最大功率下不干涸即可.在熱流量相同時,充液率小,傳熱系數大;液量過多,液池深,熱管啟動慢;由于重力熱管在工作時存在著沖擊性的兩相流動,汽泡夾帶液體沖向冷凝段,在一定時間內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,有試驗表明,20～40.傾角時具 有最佳熱流密度.太陽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, 熱管運行過程中會出現干涸現象,使熱管不能正常工作.為此需要通過試驗選取合適的充液量.
熱管的性能試驗與分析：熱管的干涸試驗經測算,每根真空管傳遞的熱功率基本上為160～170W.實驗采用相應功率的電熱絲加熱熱管的蒸發(fā)段,冷凝段暴露在空氣中.在計算值的基礎上,對幾種充液量分別為40g,50g,60g,80g 的熱管進行比較,結果發(fā)現當充液量為60g 時,可以滿足熱管的工作需要。 | |
