楊海南
摘 要:本文介紹了熱管的組成及其工作原理,以及真空蒸發(fā)器的組成,分析了熱管的傳熱極限計算過程以及真空蒸發(fā)器海水淡化技術(shù)對淡水產(chǎn)量的影響因素,為熱管式真空蒸發(fā)器的發(fā)展提供了依據(jù)和指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:熱管 真空 蒸發(fā)器 海水淡化
引 言
在當(dāng)今工業(yè)飛速發(fā)展的今天,淡水資源緊缺已經(jīng)成為世界各國發(fā)展中不得不面對的嚴(yán)峻問題。而根據(jù)聯(lián)合國統(tǒng)計,世界范圍內(nèi)約36%的人口缺少干凈安全的飲用水,7.8 億人面臨飲水困難。[1]在地球表面,海洋面積比陸地表面積的四分之三還要多。而在地球總水量中,海洋大約擁有了近95%儲水量,因此在全球淡水資源嚴(yán)重緊缺的情況下,海水淡化體現(xiàn)的越來越重要。
1.熱管式真空蒸發(fā)器的原理與流程
熱管通常由蒸發(fā)段、絕熱段組成。但是有的熱管還含有冷凝段。所謂的真空指的是管內(nèi)為高度真空,在它的真空環(huán)境里面填裝的有適量的工作介質(zhì),并且使用相應(yīng)的材料采用多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。
熱管蒸發(fā)器主要由壓力容器、接管、控制儀表、分布器、除沫器、熱管等組成。在壓力容器中產(chǎn)生蒸氣。對于傳熱元件來講,熱管在其中的作用無可替代,目的就是讓壓力容器中的海水受熱進(jìn)行熱交換而蒸發(fā)。熱管蒸發(fā)段的熱量傳給熱管,管內(nèi)工質(zhì)吸收熱量然后再將熱量變成蒸氣然后到冷凝段釋放熱量變成液體,由于受到重力作用再次回到蒸發(fā)段。[2]往復(fù)這個過程,就將海水蒸發(fā)進(jìn)行脫鹽處理,其裝置如圖1所示。[3]
2.熱管式真空蒸發(fā)器海水淡化的技術(shù)發(fā)展
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)力的不斷進(jìn)步,海水淡化技術(shù)目前及未來的發(fā)展趨勢是朝著低能耗,高效率,大規(guī)?;哪繕?biāo)發(fā)展。目前,已經(jīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的熱管蒸發(fā)器,因其結(jié)構(gòu)簡單、傳熱系數(shù)較大、輕便、熱阻小、部件固定、易維修等優(yōu)點。[4]被當(dāng)做目前的一種主流技術(shù)用于海水淡化工業(yè)。
下端熱管在外部加熱裝置的加熱狀態(tài)下將熱量吸收,并傳遞到上端熱管;蒸發(fā)段內(nèi)的熱量通過熱管傳遞到冷凝段;蒸汽凝結(jié)的位置為在冷凝段的上方;熱量通過工質(zhì)和管壁傳給冷源;最后冷凝后的工作液體回流到蒸發(fā)段中。
熱管的熱導(dǎo)系數(shù)比金屬要好。由于其熱阻低,不易產(chǎn)生溫差波動,所以熱管的傳熱特性很穩(wěn)定。
3.熱管的傳熱極限計算
在工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中,萬事萬物都達(dá)不了理想的狀態(tài)。因此真空蒸發(fā)器中的熱管傳熱系數(shù)也是有一定的最大值的,即存在一定的極限。其熱負(fù)荷也是有限的。實際上有許多因素制約著熱管的傳熱能力。它們包括聲速,蒸汽壓力和結(jié)構(gòu),熱管的尺寸、形狀、工作介質(zhì)、工作溫度等影響著傳熱極限。熱管傳遞功率是有限制的,存在著傳熱極限 ,典型熱管傳熱極限有:攜帶極限、毛細(xì)極限、粘性極限、沸騰極限、聲速極限、冷凝極限。[5]
3.1重力熱管的攜帶傳熱極限計算
4.影響熱管真空蒸發(fā)器海水淡化產(chǎn)量的因素
大量的研究表明,在熱管式真空蒸發(fā)器海水淡化技術(shù)中,主要的影響因素有:熱管真空部分的工質(zhì)的選擇、熱管管材的確定。熱管主要靠其內(nèi)部工質(zhì)的相變和其流動過程中質(zhì)量的轉(zhuǎn)移來傳遞熱量的。所以考慮工質(zhì)的時候要注意一下幾點:(1)工質(zhì)的熱穩(wěn)定性以及工質(zhì)材料和熱管材質(zhì)兩者間之間要符合相似相容原理。假如工質(zhì)和熱管材料不相容,熱管的性能就會降低甚至?xí)斐蔁峁苁В唬?)作為熱管中工質(zhì)包括:①汽化潛熱高;②導(dǎo)熱系數(shù)大;③粘度低;④表面張力系數(shù)大;⑤潤濕能力高;⑥沸點適當(dāng);(3)安全及經(jīng)濟性。應(yīng)該采用易燃、易爆、有毒的工質(zhì)來作為熱管中的工作介質(zhì),否則一旦發(fā)生事故時后果會很嚴(yán)重,造成的損失也無法估計。同時,選擇管材時也必須從多個角度和維度出發(fā)。具體的要求有以下幾點:(1)材料的強度、剛度、柔韌性等基本力學(xué)性能;(2)材料的使用壽命和平均更換頻率;(3)材料的來源、制造成本。
5.結(jié)束語
在淡水資源極度缺乏的今天,海水資源取之不盡,用之不竭。因此,海水淡化技術(shù)不失為一個合理優(yōu)先的選擇,即滿足了人們的有水需求和推動經(jīng)濟的發(fā)展,又能造福于我們的子孫后代。熱管式真空蒸發(fā)器的海水淡化技術(shù)由于產(chǎn)量高、水質(zhì)好,得到了世界水資源缺乏各國的高度重視,相信在未來,熱管式真空蒸發(fā)器海水淡化技術(shù)必定為人類做出巨大的貢獻(xiàn)。
參考文獻(xiàn):
[1] Anthony Bennett. 50th Anniversary:Desalination:50 years of progress, Filtration Separatio[J].2013,50(3):32-39
[2] 馬麗春,李菊香.熱管式蒸發(fā)器和管束式蒸發(fā)器應(yīng)用分析[J].南京化工大學(xué)報,2000(6):82-85.
[3] 郭雪華.熱管式真空蒸發(fā)器的設(shè)計與研究[D].大連理工大學(xué).2000.
[4] 王俊紅,高乃云,范玉柱,施利毅.海水淡化的發(fā)展及應(yīng)用[J].工業(yè)水處理,2008,28(5):6-9.
[5] 杜軍,程冉冉,鄭喜洋.重力換熱器的設(shè)計及數(shù)值模擬分析[J].機械制造,2016(3).