在“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中，高效換熱器、系統(tǒng)優(yōu)化等能源梯次利用和高效利用技術(shù)是重大行動(dòng)計(jì)劃，旨在實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)大幅增長的發(fā)展目標(biāo)高效節(jié)能產(chǎn)品份額。

高溫熱管是一種具有極高傳熱性能的元件（軸向熱流密度可達(dá)1000W/cm2以上）。 它通過液態(tài)金屬在全封閉的真空系統(tǒng)中不斷蒸發(fā)和冷凝來傳遞熱量。 高傳熱能力和優(yōu)良的等溫性能在空間技術(shù)、太陽能集中利用、高溫余熱優(yōu)質(zhì)利用等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用空間。

同時(shí)，高溫?zé)峁芸梢园踩咝У貙⒁欢ǖ母咂肺坏哪芰總鬟f給另一側(cè)的流體，從而實(shí)現(xiàn)能量梯級(jí)利用的目的。

自1964年熱管在美國正式發(fā)明以來，中國科學(xué)家就進(jìn)行了研究和探索。 中國科學(xué)院工程熱物理研究所是我國最早開展熱管研究的單位之一。 1972年，我國第一根高溫?zé)峁苎兄瞥晒?，如圖。 1.

2008年以來，傳熱傳質(zhì)研究中心承擔(dān)了航天科技集團(tuán)公司委托的“高溫?zé)峁苎芯颗c開發(fā)”、“高溫?zé)峁軓?qiáng)化研究與開發(fā)”等863項(xiàng)目，設(shè)計(jì)并加工了零部件，并改進(jìn)了原有的高溫鈉熱管填充。 實(shí)現(xiàn)高性能鈉熱管定量充填過程的工藝。

由于高溫?zé)峁芗夹g(shù)具有許多傳統(tǒng)換熱技術(shù)所不具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)相當(dāng)廣泛。 應(yīng)用重心從航天轉(zhuǎn)向地面，從工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)向民用產(chǎn)品。 高溫?zé)峁艿闹苽涔に囎璧K了高溫?zé)峁艿漠a(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 為此，傳熱傳質(zhì)研究中心于2010年開始探索高溫?zé)峁芸焖俟嘌b工藝，目前已取得階段性成果，已全面掌握一套高溫?zé)峁芄嘌b新工藝。熱管。 利用這種高溫?zé)峁芴畛涔に?，在?shí)驗(yàn)室中制備了直徑為Φ25、長度為300、600、900、1200的2520不銹鋼為殼材和液態(tài)金屬鈉的高溫?zé)峁?。作為工作流體，如圖2所示。

高頻感應(yīng)加熱設(shè)備型號(hào)XJH-25kW-A作為加熱熱源時(shí)，輸入電壓380V，最大加熱功率25kW，高溫?zé)峁芡ㄟ^自然對(duì)流和熱輻射散熱，高溫?zé)峁鼙跍夭蛔儭?均勻度小于40℃，最高工作溫度可達(dá)800℃以上。

該灌裝工藝在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，工藝先進(jìn)，設(shè)備簡化，成本低，生產(chǎn)效率高，適合規(guī)?；a(chǎn)。

同時(shí)，對(duì)長度為1200、直徑為Φ25的高溫?zé)峁苓M(jìn)行了溫度均勻性的定量性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如圖3所示。熱電偶的布置方式為：400mm、650mm、900mm，從加熱底部到上部測(cè)量點(diǎn)。 圖中左側(cè)的數(shù)值表示“1000”為最大輸入功率時(shí)的相對(duì)份額。

1、高溫?zé)峁芗夹g(shù)徹底改變了兩種流體之間的傳熱方式

在傳統(tǒng)的管殼式換熱設(shè)備中，殼程可以通過增加折流板，形成流體多次穿過管壁的強(qiáng)化流動(dòng)模式不銹鋼換熱管功率，而對(duì)于管程，則存在管內(nèi)流動(dòng)：1）在雷諾數(shù)相同的情況下，對(duì)流換熱系數(shù)比管外吹掃流低80%以上； 2）內(nèi)部傳熱面積不能大幅度擴(kuò)大，管內(nèi)和管外的傳熱過程不匹配，導(dǎo)致沒有強(qiáng)化傳熱。

熱管技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)列管式換熱設(shè)備傳熱缺陷。 換熱設(shè)備中的隔板將高溫?zé)峁軝C(jī)組分隔成一側(cè)為高溫段，一側(cè)為低溫段，使兩種流體互不接觸。 流體與管壁之間可實(shí)現(xiàn)管外掃掠流動(dòng)，兩側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)增強(qiáng)，大大提高了高溫段向低溫段的能量傳遞。

對(duì)傳統(tǒng)管內(nèi)外流動(dòng)的傳熱方式與高溫?zé)峁芗夹g(shù)的傳熱方式進(jìn)行理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)：當(dāng)流體在兩者上的雷諾數(shù)sides大于6000（對(duì)于換熱器中的流體，這個(gè)值很容易達(dá)到），即使不考慮輻射傳熱增強(qiáng)傳熱效果，高溫?zé)峁芗夹g(shù)也有傳熱能力是傳統(tǒng)管管式換熱設(shè)備的3倍以上。

而且，采用熱管外翅片擴(kuò)大面積強(qiáng)化傳熱方式，可以進(jìn)一步改善換熱器的幾何結(jié)構(gòu)。

2、高溫?zé)峁芗夹g(shù)具有溫差小、熱流量大的傳熱特點(diǎn)

由于高溫?zé)峁艿膫鳠峤橘|(zhì)為液態(tài)金屬，具有較高的汽化潛熱（在800K時(shí)，液態(tài)金屬Na的汽化潛熱達(dá)到/kg），因此可以實(shí)現(xiàn)小溫差傳熱并且在高溫條件下熱通量大。 高溫?zé)峁茉谡９ぷ鲿r(shí)，整個(gè)熱管管壁從受熱面到冷卻面的溫差很小，從而克服了傳熱管表面的“熱點(diǎn)”現(xiàn)象，防止管道因過熱而泄漏，最終導(dǎo)致熱力設(shè)備癱瘓等問題。

3、高溫?zé)峁芗夹g(shù)有效克服溫差應(yīng)力

使用常規(guī)高溫?fù)Q熱設(shè)備時(shí)，管壁沿周向和軸向的溫差較大（溫差高達(dá)100-150K）。 由于材料的熱膨脹變形相互制約，變形不自由，從而形成溫差應(yīng)力，存在管板破裂、橋體變形、管彎曲等問題，導(dǎo)致蠕變變形高溫?fù)Q熱設(shè)備的換熱管，降低高溫?fù)Q熱設(shè)備的使用壽命。

高溫?zé)峁芨魺岫魏附釉谥虚g隔板上，兩側(cè)管子可以自由膨脹，消除了管子與管板焊縫處的應(yīng)力。 在高溫大熱流情況下，高溫?zé)峁艿募訜岫?、絕熱段和冷卻段的溫差也很小，變形均勻。 同時(shí)，加熱段和冷卻段不受約束，真正避免了溫差應(yīng)力。

4、高溫?zé)峁芗夹g(shù)提高換熱器加工難度

對(duì)于常規(guī)列管式高溫?fù)Q熱設(shè)備的換熱管，由于換熱單元過程發(fā)生在徑向，軸向也存在較大的溫差，換熱器的壁溫傳輸管不能隨意調(diào)整。 高溫?zé)峁芗夹g(shù)在高溫?fù)Q熱領(lǐng)域的應(yīng)用各有不同。 可調(diào)節(jié)加熱段和冷卻段的長度，實(shí)現(xiàn)單根高溫?zé)峁艿膫鳠嶙兓?，使管壁溫度保持在相?duì)合理的范圍內(nèi)，保護(hù)高溫?fù)Q熱設(shè)備。 安全。

由于高溫?zé)峁軗Q熱設(shè)備的換熱管較長，沿長度方向在中間焊接隔板不銹鋼換熱管功率，如果采用全光管的形式很難組成換熱設(shè)備； 同時(shí)，在高溫含氧環(huán)境中，冷端采用全翅片擴(kuò)展換熱面的形式，加劇了換熱管的外部腐蝕。 因此，采用熱側(cè)翅片結(jié)構(gòu)、冷側(cè)光管結(jié)構(gòu)的高溫?zé)峁軗Q熱設(shè)備，可以將高溫?zé)峁茏鳛閱我粨Q熱器進(jìn)行改進(jìn)。 焊接時(shí)加工困難。

在解決高溫?zé)峁艹杀靖吆托阅荛L期穩(wěn)定的情況下，高溫?zé)峁芗夹g(shù)在高溫?fù)Q熱設(shè)備中的應(yīng)用，可以使其工藝結(jié)構(gòu)簡單，大大降低生產(chǎn)投資費(fèi)用。 雖然高溫?zé)峁茉趹?yīng)用領(lǐng)域還不多見，存在諸多問題，但可以預(yù)見，一旦高溫?zé)峁軗Q熱設(shè)備解決了目前推廣應(yīng)用中存在的問題，高溫?zé)峁艿漠a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用熱管技術(shù)可能會(huì)再一次飛躍。

熱管石墨夾具采用進(jìn)口石墨材料，從切割到CNC加工而成。 熱管石墨治具的加工難點(diǎn)在于需要將各個(gè)凹槽對(duì)應(yīng)的位置對(duì)齊，更好的保證了熱管石墨治具在使用過程中方便易取。 熱管石墨夾具在高溫爐中耐高溫，膨脹系數(shù)小，比其他載體輕，是高溫爐中的重要配件。

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