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碳钢热管使用的好处 |
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现在的热管式真空管适宜的工作温度极限为120℃,随着太阳能应用的开发,如太阳能空调,工业用热系统,需要温度更高的热水.正在研制的内聚光式热管真空管太阳集热器,期望工作温度达到150℃以上.
热管类型及管材的选择以萘,导热姆和水等为工质的热管可作为中温热管，水工质无毒无味,在150℃～2o0℃左右有较高的液体热输送能力.铜一水热管有较好的兼容性,良好的热稳定性.钢一水热管产生的不凝气体影响真空集热管的可靠性和寿命.且铜水热管制备方便,工艺成熟.然而水工质随着工作温度的增加,饱和蒸汽压亦随之有较大的增加,而铜材的强度低,管内较高的蒸汽压力,会使铜管产生塑性变形——鼓胀,甚至爆裂.通过对几种热管进行分析比较,采取了用铜管外套薄壁钢管替代纯铜管材的方法.这样既不改变铜水热管的优良特性,又可在壁厚不会增加很多的情况下,保证管材的强度,刚度,材料成本也相对降低.另一方面,热管采用无管芯的重力热管,因为集热器总是以40.左右倾斜角使用的,这个 角度十分有利于工作液的回流,轴向导热系数亦最佳,并简化了结构.分别选取碳钢(A10)和不锈钢(1Crl8Ni9Ti)两种材料作为复合管的外套管.碳钢成本低,导热系数较大,但易生锈,不宜做真空器件;不锈钢的缺点是比碳钢的导热性能差些.
热管的制作分为两步,首先制备铜水热管,然后将钢管与铜水热管复合.钢管与铜水热管复合采用真空高温膨胀法.其工艺是:把铜热管穿入钢管中放入真空室,在5.0×10Pa 的真空度下加热到250℃,则铜水热管在自身内的饱和蒸汽压力的作用下,发生不可恢复的体积膨胀形变,因为铜管与钢管之间的间隙很小,利用这种膨胀使钢管和铜管复合在一起.在真空排气状态下,可除去管问的气体,以形成良好的接触.
充液量的选择： 一般充液量是从工质的传热极限或者说极限功率来考虑的.但是,在太阳能热利用中,热管实际传递的热功率与常规的热管设计时的传递极限相差甚远,因此,不必要从极限功率去考虑最佳充液量,只要在运行中可能遇到的最大功率下不干涸即可.在热流量相同时,充液率小,传热系数大;液量过多,液池深,热管启动慢;由于重力热管在工作时存在着冲击性的两相流动,汽泡夹带液体冲向冷凝段,在一定时间内滞留并形成液膜热阻,增加传热温差.热管倾角也影响充液量,有试验表明,20～40.倾角时具 有最佳热流密度.太阳集热管的使用角度恰与此吻合,这些因素表明液量少有利.但如果充液量不足, 热管运行过程中会出现干涸现象,使热管不能正常工作.为此需要通过试验选取合适的充液量.
热管的性能试验与分析：热管的干涸试验经测算,每根真空管传递的热功率基本上为160～170W.实验采用相应功率的电热丝加热热管的蒸发段,冷凝段暴露在空气中.在计算值的基础上,对几种充液量分别为40g,50g,60g,80g 的热管进行比较,结果发现当充液量为60g 时,可以满足热管的工作需要。 | |
