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1、一年后勤程学院学报第期文章编号一一以拼一管道热边界层理论的研究‘,,’,,唐晓寅张赞牢王建华黄磊后勤工程学院军事供油工程系,重庆后勤工程学院科研部,重庆以洲〕。摘要研究了高粘性液体管道流动的热边界层理论利用圆柱坐标粘性流运动基本,,微分方程提出了管道热边界层方程推导出边界层中的温度分布以及层流和紊流时热边界,,层厚度的常微分方程和解析解计算表达式并通过编程实例给出了热边界层厚度。,计算解析解与数值解
2、的比较结果表明粘性的影响将使得热边界层的发展加快随着,。粘性和流量的增大其影响将更加显著紊流时热边界层的发展比层流时要慢关键词管道热边界层温度分布边界层解析中图分类号文献标识码,,。自从年普朗特提出边界层理论以来就使得流体力学显得日益重要其应用也越来越广泛,’一’。〔传统的边界层理论只研究速度边界层主要研究绕物体流动时流体的速度分布和绕流阻力世,,、、、纪年代以后温度边界层理论得到发展和成熟并在传热传质石油化工等众多工程领域得到广泛‘一’。,。
3、的应用在石油工程方面利用热边界层减阻是高粘液体管道输送的一个重要课题常用的减阻。,且。方法是加热和添加减阻剂减阻剂一般只适用于紊流流动主要用于长输管道对于高粘液体短距,。,离管道输送加热是一般手段传统的加热方法是用蒸气排管直接加热储罐液体并在输送时对管道进。,,,,,行伴热保温这种方法投资大设备多热效率很低维护保养困难并易产生环境污染在北方的高寒,。,地区甚至会造成冰堵而不能正常工作目前较为先进的方法是不直接加热储液罐而只对管道采用电。,,。伴热这种方法具有伴热均匀能充分利用热边界层达到最大减阻
4、效果的特点由于电伴热具有极大,。,、的优越性因此目前各国都在广泛的研究应用这项新技术随着应用的深人在设计施工过程中碰到,、、了不少理论性的问题其中管道热边界层理论的研究伴热管道温度和热流量功率的确定伴热过程。,中管道摩擦水头损失的计算及泵的选型设计等就是目前还没有或需觅待解决的间题自年以来,。,,】笔者一直在进行这一课题的研究并在管道热边界层理论及其应用方面取得了系列成果应用这,,。些成果在多个油库成功地实施了高粘油品管道不直接升温输送的技术取得了非常好的经济效益,、,本文是该系列
5、理论的第一部分全面讨论了管道热边界层的形成发展详细推导了管道热边界层方程及温度分布,层流及紊流热边界层厚度的计算方程和解析表达式,并对解析解和数值解的结果进行。了比较,匕‘一一一一一一一一二二一一一一一‘管道热边界层方程一一一一,电伴热管道是对管壁进行升温此时管。道中流动液体的温度也存在温度边界层同速度,边界层一样把沿管道径向管壁温度到边界层外边界线处温度这样一段向厚度定图管道热边界层的概念,。。义为热边界层厚度以价表示如图所示收稿日期一一一,,,,。唐晓寅
6、男安徽省安庆市人副教授主要从事计算流体力学及边界层理论研究作者简介丁程学院学对于恒定管流,热边界层同速度边界层有着显著的差异。通过实验发现,速度边界层发展起始段很短,而热边界层发展段人口段的长度要大得多。因此,在考虑热边界层时,可近似认为速度边界层已充分发展,达到稳定,这样在研究数学模型时,就只需要考虑能量方程即可,从而为管道热边界层理论的。研究带来了方便,’“一”对于管道定常流动时〔〕柱坐标形式的方程为、鲤丛日二一、、名十
7、上业万丁十万下了‘一「——日戈·、·。·,二’。,争州十十一二卜二合——留豁会争穿,·,·。,,其中为定压比热人了为导热系数若同时考虑速度和温度边界层则应以式。。作为分析研究的基础式一般只能采用数值方法求解,,又、若流动为稳态假设温度沿轴向向不变则式可简化为、,、,料玉令豪不’“一、,不不丽,“’一,对于层流因一‘“器故式的解为二·“‘一‘尸’
8、粉,。,,,。式中为管壁温度私为动力粘性系数为平均速度为管道半径为管道任意处半径为能坡度,,。从式可看出由于粘性耗散项的影响沿管道径向温度分布是逐渐升高的对于沿管壁伴热的,,,,实际流动来说显然这一结果是不正确的也说明必然存在热边界层且在热边界层发展段特另”是豁。,,,。不能忽略式还说明由于粘性摩擦使得管道径向温度增加而热边界层发展加快。,。,现在建立热边界层方程由前面假设只需要研究能量方程即可采用边界层坐标系如图所。,川示用替换式中能量方
