钢—水重力热管基本原理在《工程热力学》课程中的教学应用.docx

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1、钢水重力热管基本原理在工程热力学课程中的教学应用 将钢-水重力热管的基本原理及其换热器，应用到工程热力学这门课程的教学过程中，解决了该课程中许多学问点，使这门课程的教学取得了较好的教学效果，使学生不再认为该课程抽象、难理解、枯燥，给课堂教学带来了朝气与活力，学生也从中学习到了工程热力学这门课程相关理论在工程实际中的应用实例，也为他们今后工作中遇到热量利用时供应了一种具有特高导热性能的新奇传热元件热管。 热管原理换热器课程应用工程热力学是一门概念多、公式多及抽象性较强的一门课程。如何在教学过程中增加教学效果，既使学生对该课程产生深厚爱好，又能从中学习到学问，是该课程教学的一难点。为此，笔者将热管

2、原理应用到该课程的教学过程中，学生反响较好，许多学生认为通过热管基本原理的讲解，解决了工程热力学课程中许多较抽象的学问，使这门课程学起来不再枯燥，而且对该课程产生了较强的学习爱好。不仅使学生学习到了课本学问，而且为学生今后工作中遇到热量利用时供应了一种具有特高导热性能的新奇传热元件热管。 一、钢-水重力热管概述 1.热管的发展及应用。热管技术是美国LosAlamos国家试验室的G.M.Grover于1963年独创的一种称为“热管”的传热元件。1967年，美国首次将一根（不锈）钢-水热管应用于地球同步卫星上，以解决地球同步卫星内部因昼夜存在较大温差及在运转过程中的向阳面与背阳面存在的较大温差，避

3、开由此而造成的热应力对卫星的破坏，以确保卫星的平安，并获得胜利运行。热管理论一经提出，就受到了世界各国科学家的高度重视，并作了大量的探讨工作，使得热管技术得以很快发展。我国对热管技术的探讨起步较晚，始于二十世纪七十三年头。热管技术起先主要用于航天航空领域，由于探讨的深化和技术的进步，热管的应用向民用领域推广普及。如我国自80年头以来相继开发的各类热管产品有：气-气换热器、气-水型热管换热器、热管余热锅炉、热管蒸汽发生器、热管热风炉等。热管的种类较多，其中碳钢-水重力式热管由于价格低廉、结构简洁、制造便利以及碳钢-水相容性问题得到了基本解决，使钢-水重力式热管在许多领域内得以广泛的推广应用，如在

4、动力、化工、干燥、建材等。 3.基本工作原理。如结构图所示，一般将热管人为分为热端（也称蒸发段，放入温度高的热源）和冷端（也称冷凝段，放入冷源），运用时水平倾角10左右。当热管的蒸发段或热端受热时，热管内的工质吸热而蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段或冷端放出热量凝聚成液体，液体在重力的作用下流回蒸发段。如此循环不已，热量就由一端传到了另一端。 二、钢-水重力热管基本原理及其设备在工程热力学课程中涉及的学问点 1.热力系统。将所要探讨的对象与四周环境分隔开来，这种人为分隔出来的探讨对象，称为热力系统，简称系统。 2.边界。分隔系统与外界的分界面，称为边界。如我们将热管空气预热器与外界（大气环

5、境）人为分开，分开的界面就为边界。 3.外界。边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。如在2中的边界以外的大气环境就为外界。 5.工质。人们把实现能量转化的媒介物质称为工质。对工质的要求是：（1）膨胀性；（2）流淌性；（3）热容性；（4）稳定性、平安性；（5）对环境友善；（6）价廉，易大量获得。在钢-水重力热管中的工质为经过处理后的水。它完全达到对工质的六点要求。因此，它是极其志向的工质。 6.工质在实现能量转化过程中的液态和汽态改变。在钢-水重力热管中的工质水，当热管的蒸发段受热时热管内的工质水汲取热量而蒸发汽化，蒸汽在微小压差下流向冷凝段放出热量凝聚成液体，在重力的作用下流回蒸发段。

6、工质实现：“液态汽态液态汽态液态液态”的反复循环，热量就由一热端传到了冷端。 7.蒸汽的流淌和实现流淌的条件。在钢-水重力热管中的工质水，不断实现：从“热端冷端热端冷端热端”的反复过程。工质水，在冷端由于自身重力作用而回流到热端，这里的工质自身重力就是压力差，从而实现了流淌应具备的条件。 8.饱和状态。汽化和凝聚的动态平衡状况称为饱和状态。钢-水重力热管中的工质水，在热端吸热汽化流向冷端，在冷端放热而凝聚而回流至热端，当工质水，达到汽化和凝聚的动态平衡状况时，此时工质水就处于饱和状态。 9.饱和蒸汽和饱和蒸汽。处于饱和状态下的蒸汽和液体分别称为饱和蒸汽和饱和蒸汽。在钢-水重力热管中的工质水，时

7、而处于蒸汽状态，时而处于液体状态。 10.热量传递的条件温差。在钢-水重力热管中的工质水，由于热端和冷端之间存在温差，进而能够实现要将热量由热端传递到冷端。 11.正循环和逆循环。在热管中工质水，既有从高温状态到低温状态，也有从低温状态到高温状态。因此工质水存在着正循环和逆循环过程。 12.负压。在讲到基本概念中的压力时，出现了真空度或负压，在钢-水重力热管中也体现负压。因为热管是将管内抽成 三、结语 综上不难知道，钢-水重力热管的基本原理中包含了工程热力学课程中的许多学问点，笔者在将其应用到教学过程中，取得了较好的教学效果，使学生不再认为该课程抽象、难理解、枯燥，给课堂教学带来了朝气与活力，

8、学生也从中学习到了学习工程热力学这门课程在工程实际中的应用实例，也为他们今后工作中遇到热量利用时供应了一种具有特高导热性能的新奇传热元件热管。当然钢-水重力热管换热器及其它热管换热器中包含的工程热力学课程中的学问点远不限于上述排列的学问点，还有待于在今后的教学中进一步挖掘和整理，以便更进一步贯穿于教学过程中，使该门课程的教学取得更好的成果。 参考文献： 1椴木杉.钢水重力式热管换热器的应用.2022-12-7. 2廉乐明，谭羽非.工程热力学（第五版）M.中国建筑工业出版社，2022，1. 3王修彦.工程热力学M.机械工业出版社，2022，（8）. 第5页 共5页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页第 5 页 共 5 页