两相流分别式热管的设计
两相流分别式热管系统的设计包括工质的选择、蒸发器设计、冷凝器设计、溶液泵的选型以及连接收路的设计。
本文设计的系统应用于回收小型锅炉排气余热，对入炉助燃空气进展预热。原始数据有：
工质的选择
确定热管工质需要考虑很多的因素，其中最重要的是温度因素。
任何一种工质都有它自己可以工作的温度范围，其下限是工质的凝固点，上限是热力学临界点。应避开接近凝固点及临界点四周工作。由于近于凝固点时，工质的饱和蒸汽压力及密度均很低，蒸汽流淌速度大，造成大的蒸汽压降，或消灭粘性限、声速限及携带限，一般使最低工作温度下的饱和蒸汽压不低于0.1大气压.相反，在接近临界点时，工质的品质因数将大大下降，又因消灭过高压力，对牢靠性及管壳强度均有更高要求{ }。
工业上常常应用水为热管的工质，对于水，凝固点为0℃(1个大气压下)，临界点为374.15℃。但实际上，工质工作的适宜的温度范围要小得多，主要考虑的是，在热管的工作温度范围内，工质要具有适宜的压力。压力值的上限受管壳强度的限制。
表2.1几种常用工质的工作温度范围
工质
熔点〔K)
沸点
〔K〕
临界温度〔K〕
临界压力〔公
斤/厘米2〕
工作温度范
围〔K)
氨
195.0
239.7
405.3
115
210---340
氟利昂21
138.2
262.1
451.7
52
170---400
水
273.2
373.2
647.4
224.4
303---500
乙醇
155.9
351.7
513.1
80
283---410
工业排烟一般都为中高温范围的烟气，高温条件下热管系统只能选取金属作为工质。中温范围〔550~700K〕最难选，比方汞虽然可适用于中温范围，但有毒，制造麻烦，而且长期相容性问题还无确定结论。
本文设计热管工作温度为180℃，选择水作为系统内的循环工质。
蒸发器的设计
构造计算
1〕热管元件的根本选择
热管形式：碳钢一水两相流分别式热管，加缓蚀剂
热管的几何尺寸
基管外直径 d =20mm； 壁厚 δw=5mm；
o
翅片形式：环形平翅片；
翅片外径 d =40mm； 翅片高度 H=10mm；
f
翅片厚度 δf=5mm； 翅片间距 Y=20mm。
选择套片管形式的圆形翅片管，翅片选10号钢。管孔按肯定规律冲压的整张翅片(铝片或铜片)套装在传热管束上，并经胀管后使其接触良好，即形成套片管传热元件。这种胀管的质量较好，传热管变形均匀，接触热阻小，还可省去液压胀管后的清洗和枯燥工序。它适合于大批量生产，而且组装敏捷，可以使用铝翅片，自重较轻，故应用日益广泛。
换热器的根本构造
〔1〕管束的排列方式
由于有引风机，本设计选用正三角形错排方式布管。选用正三角形错列方式布管：
横向节距 s
1
纵向节距 s
?1.3d
3?
3
?48mm
f
s?41.6mm
2 2 1
〔2〕迎风面积及热管长度
流体在标准状态下通过换热器正面的流速称为迎面流速u0〔m/s〕。热管换热器设计应遵循一条重要的原则，即把迎面风速〔标况〕限制在2~3m/s的范围内，风速过高会导致压力降过大而动力消耗增加，风速过低会导致管外膜传热系数降
低，管子的传热力量得不到充分的发挥。
排烟侧迎风速度
u ?3m/s
01
排烟侧侧迎风面积
VA ? 01 ?0.742m201 3600u
V
01
Ao1烟道宽度 B? ?0.86m
A
o1
单根管长度〔在烟道宽度这种保存20%裕量以满足安装要求〕
l=0.8B=0.68m;
e
(3)第一排管子数 N
排数 27排
总管数 365根
=B/s
T 1
=14
〔4〕元件加热段外光管面积F
o,e
F
o,e
??dl
0e
?0.04324m2
热管的翅化比及换热器气流阻断系数
翅化比： ?
1
?{2[(d
f
/2)2-(d
o
/2)2]?d?
o f
}/d
Y]?(1-?
o f
/Y}?7.13
由热管和管上翅片遮盖的通风面积占迎风面积的比例可用气流阻断系数表示：
??
1
传热计算
d ?(2H?/Y)
0 t ?0.521
s
1
〔1〕排气侧热物性参数及放热量
选取换热器出口的排气温度t””=190℃(考虑了当炉子在低负荷下运行时，排
1
气温度降低引起t””向下波动应留的安全裕量〕。
1
排气平均温度 tm1?(t”?t””)/2=245℃
以tm1为定性温度插曲烟气的热物性参数密度 ?1?0.6571kg/m3
比热 cp1?1.11kJ/(kg?℃〕
导热系数 ?1?0.04404W/(m?℃〕
粘