减阻技术在集中供热及空调水输配

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1、减阻技术在集中供热及空调水输配　　1、引言　　集中供热及中央空调系统在我国得以长足发展。截至XX年，中国城市集中供热面积达15.6亿平方米，占房屋总面积的40%左右；城市高层建筑发展迅速，仅上海XX年建成的高层建筑已达3529幢，成为世界上高层建筑最多的城市，高层建筑中商业建筑占很大比例，这些商业建筑几乎全部设有中央空调系统。　　集中供热与空调系统以成为耗能大户，其中集中供热、空调系统输配管网中水泵的能耗占有很大比例。集中供热系统水泵包括循环水泵、中继泵及补水泵，所有这些泵的电力消耗折合一次能耗有的高达总供热量的%.空调系统水泵包括冷冻水泵及冷却水泵，国内多数的冷冻水系统由于存在各种

2、各样的设计和运行问题，使得冷冻水泵的全年电耗往往达到冷机全年电耗的30％、40％甚至50％。研究发现，不少系统中水泵的全年电耗已经接近冷机全年电耗的一半。根据目前的能源形势，节约用能，合理用能是我国必须坚持的长期国策。为此围绕集中供热及空调水输配系统的节能，国内开展了广泛的研究，研究重点大多为输配系统的系统设计及运行调节方面。目前，我们已掌握了供热及空调水输配系统的动力学特征，很好的指导了输配系统的运行管理，并且已取得了显著的节能效益。为了进一步降低供热及空调水输配系统中水泵的能耗，必须进行更深层次的研究工作。考虑水泵的能耗是为了来克服水在热源、输配系统及用户末端流动阻力，则减小流动

3、阻力即可进一步实现供热及空调水输配系统的节能目的。因此研究理想的减阻技术应用于供热及空调水输配系统具有重要的意义。　　2、流体输配减阻机理及减阻方法　　有关减阻的研究可追溯到20世纪30年代，但直到20世纪60年代中期，研究工作主要是减小表面粗糙度，隐含的假设是光滑表面的阻力最小。20世纪90年代，湍流理论的发展，使得湍流减阻理论和应用取得了突破性的进展。就减阻技术讲，有肋条减阻、粘性减阻、仿生减阻、壁面振动减阻等。本文重点介绍可用于供热及空调水输配系统粘性减阻的减阻机理、减阻方法。　　粘性减阻机理　　粘性减阻就是通过或从外部改变流体边界条件或从内部改变其边界条件，依靠改变边界材料的

4、物理、化学、力学性质或在流动的近壁区注入物理、化学、力学性质不同的气体、液体来改变近壁区流体的运动和动力学性质，从而达到减阻目的的技术。　　当粘性流体沿边界流过时，由于在边界上流速为零，边界面上法向流速梯度异于零，产生了流速梯度和流体对边界的剪力。边壁剪力作功的结果消耗了流体中部分能量，并最终以热量形式向周围发散。边界面的粗糙程度，决定微观的分离和边界的无数小旋涡几何尺寸的差异，从而决定流体能量消散的差异和阻力系数的差异。如想达到粘性减阻，首先要实现壁的光滑减阻，就要改变层流边界层和湍流边界层中层流附面层的内部结构：　　1）减小层流边界层和层流附面层贴近边界处的流速梯度值和流体对边界

5、的剪力，减小通过粘性直接发散的能量值，达到减阻。　　2）增大层流边界层和层流附面层的厚度，从而达到减阻。　　粘性减阻的方法　　柔顺壁减阻　　分析发现，海豚和一些鱼类皮肤在海水压力下会分泌出一种油状液体，游泳时所受阻力大大降低。据此，20世纪60年代Kramer制作出“人造海豚皮”进行了柔顺壁湍流减阻试验。他仿造出“人造海豚皮”，用密封的橡胶包裹着细长型物体做成了弹性覆盖层，并用销钉将这一层固定在物体的表面上，在外套与物体之间的空间中充填不同粘度的液体，将这样物体放在水中作拖曳运动时，与同体型同尺寸的光洁硬壳模型相比，阻力就减小了。此后，许多学者深入进行了柔顺壁减阻理论与实验研究。　　

6、微气泡减阻　　早在18世纪人们就开始在船壳和水的边界之间注入一层空气，减小其表面摩擦力。但是，由于气液交界面的不稳定性，这种设想在实际中很难应用。微气泡减阻就是基于这种设想提出来的，它有效的避开了气液交界面的不稳定问题。　　苏联、美国和日本的许多学者都采用了多孔壁面喷气的方法进行微气泡减阻试验。他们的实验结果表明，微气泡能够降低湍流边界层的表面摩擦阻力，局部阻力降幅可达80%—90%.但是，上述试验结果在微气泡含量、气流喷射孔孔径以及水速对减阻效果的影响方面，不仅数据不一，而且存在许多矛盾之处。国内西北工业大学的宋保维等研究了边界层中的微气泡对平板表面摩擦阻力的影响，得到了60%左右

7、的减阻。他们认为微气泡减阻的机理在于：位于边界层内的微气泡本身具有变形能，它把剪切力作用于流体的一部分功转为变形能而储存起来，从而减少了能量损耗，导致了减阻。　　聚合物添加剂减阻　　在牛顿流体中溶入少量长链高分子添加剂，可以大幅度的降低流体在湍流区的运动阻力，减缓湍流的发生。它最早是Toms1947年在观察管内流动聚合物机械降解时发现的，故又称Tom效应。　　聚合物添加剂减阻是通过从液体内侧边界创造条件，以实现减阻。长链高分子聚合物添加剂能导致减阻的共同特