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1、第卷第期抚顺石油学院学报总第期边界层理论在管内强化传热上应用姜德,恩石油化工系摘要应用边界层理论,能够缩姐管内添加物长度、强化传热、减小队力关健词边界层边界层厚度进口段长度在管式换热器中,常在管内加各种添加物,如氨合成塔内件中的热交换器,在管内加麻花铁,回收余热的空气预热器,在管内加扰流子其目的是增大流体在管内湍动程度,提高对流传热系数。但是由于加人管内添加物长度与管子一样长,同时也增加流动阻力。两方面都要给予足够重视边界层概念平板上流动边界层,当流体流过固体壁面时由于流体,有粘性在垂直于流动方向上便产生了咦侧倪咦岭漓流边界
2、层速度梯度力。在壁面附近存在着较大速度梯度的流体层,称为流动边界过渡层层。层流内层工程上一般认为边界层外缘的流,。吮,卜“姚、速将该条件下边界层外缘、不一、言介、、、又八、与壁面间的垂直距离定为边界层厚度,见图中。图平板上流动边界层这样由图可见,壁面的流动分两个区,,“,,“丛即边界层区和主流区在边界层区内很大由牛顿粘性定律剪应力。,,。不可忽视主流区“夕“可忽略,。,边界层内流动状态分两种层流和湍流在湍流边界层内靠近壁面有一层极薄作层流流动流体层,称层流内层。在湍流边界层与层流内层之间,有一层过渡层年月日收稿抚顺石油学院学
3、报望抖年圆管入口段边界层形成和发展图日于内层流边界层速度分布,口,当一个以等速流动的流体进人圆直管时一个边界层在人管壁上形成随着流体向,,,前流动边界层逐渐加厚边界层内流速渐渐减小由于总流量不变故流体在管中心处,被加速如图所示速度分布侧形随之改变圆管内边界层外缘速度即为管中心的流速,无论层流或湍流都是最大流速在距人口处地方,管壁上已形成的边界层在管的中心线上汇合,此后占据整个管,口。口,的截面厚度不变距管进处距离称为进段长度或称稳定段长度稳定段以后各截面上速度分布曲线形状不随而改变,称为完全发展了流动。若边界层为层流,管内流
4、动为层,。,流见图若边界层为端流管内流动,任价七为湍流边界层也可以由层流发展到湍三,于流见图当边界层处于层流时,进口段长度人‘。与管内径及雷诺数关系如下图层流边界层‘,二一,洲或图表示了层流边界层厚度变化情。二牛二,,,厂况当卢随增加占随之增’一⋯⋯西。三、,乙乙。,占加漓流边界层‘一端流时口,,圈层流与瑞流边界层应该说明的是在圆管内即使是湍,,,流边界层靠近管壁处有一层极薄的作层流流动的边界层称为层流内层其厚度与。,,有关愈大层流内层厚愈薄它对传热有重要影响流体在管内对流传热管内流体与壁面之间的对流换热管壁面与流体间有温度
5、差时,发生传热,形成温度梯度,方式与速度梯度相似,靠近壁面的流体层有较大的温度梯度力,此流体层称为热边界层。多数情况下,流动边界层厚大于热边界层厚氏热边界层厚薄对传热有很大影响当热边界层的内外侧温度,,,“,差一定热边界层愈薄温度梯度愈大对流传热系数愈大流体在管内对流传热时,达到稳定的这段距离称为进口段长度在进口段内,热边第期姜德恩边界层理论在管内强化传热上应用,二,界层随管长增加而逐渐加厚故沿管长不断减小若边界层在管中心处汇合,,后基本上不变流动边界层管内对流传热系数计算,热边界层当流体无相变在圆直管内作强制,久,湍流时稳
6、定段的后值可由下式求出几。。仪‘入广今”认产‘·入‘,‘,图流动边界层与仆热边界层应用条件’比较式中加雷诺数介二甲又—普兰特数—管长,—管内径—口‘二一“‘,,当管人处用上式求出值偏低需乘一个大于的系数约为,即丫一“,丫为人口段对流传热系数这个系数是经过大实,。,,验得出的经验数据是可靠的理论上用边界层足以解释因人口处边界层比较薄故丫比大。结束语因进口,“,,口,,,气段边界层比较薄就大当管长小于进段长度时管愈短边界层愈薄愈大对一定管长,若采取措施,不断破坏边界层发展,使边界层在汇合前破坏掉,建立新,的更薄边界层就可达到强化
7、传热目的,。,,其方法在管内加段很短添加物当一丫时加一段长添加,,,,物增大湍动程度减薄层流内层厚度提高气其持续长度为接近稳定段长度即左,,,‘二,右然后再加人一个添加物直至管另一端如图所示例长管可加两段添加物,其总长为缩短由上可见,添加物长度别印的大大缩短。工业上的换热,器每台通常有数百根管子,每根管内的添加物都采,用分段加人比全管长加添图,加物节约的材料相当可。,。,,观同时还强化了传热整个管长的管内对流传热系数大为提高另外更重要的是由于添加物短,摩擦阻力损失大为下降当生产系统总压降一定,在强化传热的同时,尽量降低每台设
8、备压降,就可提高生产能力,达到高产低耗,提高经济效益的目的所以短的比长的添加物好抚顺石油学院学报年参考文献柯尔森,李嘉森化学工程张正荣传热学南京工学院谭天恩等化工原理化学工业出版社许维德流体力学山,而户万洲时夕记国岭,动,份
