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1、2004年管道技术与设备2004 第1期PipelineTechniqueandEquipmentNo11螺旋盘管流动特性的实验研究邱 林,王文海(北京建筑工程学院,北京 100044)摘要:在一定流量范围内对流体流经平面和立体螺旋盘管进行了流动性能的实验研究,得出了盘管折合沿程阻力系数随雷诺数、盘管几何条件及不同盘绕方式等的变化关系曲线及部分经验公式,并与同条件下的直管进行了比较。关键词:螺旋盘管;水力特性;折合沿程阻力系数;地板采暖中图分类号:TU991.36 文献标识码:A 文章编号:1004-9614(2004)01-0001-03Experime
2、ntalInvestigationofHydraulicCharacterofSpiralPipesQIULin,WANGWen2hai(BeijingInstituteofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)Abstract:Studythehydrauliccharacterofplanecurvedtubesandspiralpipeswhichhavevariouscurvedtypesbasedontheexperi2mentinacertainfluxrange,itprovide
3、sthecorrelationsofequivalentfrictionfactorversusRenoldsnumber,geometryproperty,andcurvedtypesetc,andcomparewithstraighttubeunderthesameconditions.KeyWords:SpiralPipes;HydraulicCharacter;EquivalentFrictionFactor;FloorHeating[2]1 引言有螺旋形态,如图1所示。由于边界层的扰动及出工程中常会遇到流体流经螺旋盘管的问题。如地现了旋涡,速度分布发
4、生变化,形成比较集中的能量损板采暖、顶棚供冷中不同盘绕方式的平面盘管、锅炉内失,使流动阻力增强。因此,弯管中阻力系数不仅是流的预热器和各热水器中的螺旋盘管等。由于弯曲效态的函数,也是盘绕方式、管路的几何参数(转角、相对应,盘管与直管相比流动性有相应的变化,阻力特性也曲率半径及螺距与管径比等)的函数。不完全一样。前人在此方面已做过一些研究工作,但对具体盘绕方式的弯管,同时考虑流态、盘管几何条件等因素对阻力的影响及与直管差异的大小等方面的定性、定量研究不多。目前,实际工程中对各类盘管的水力计算基本上是按直管计算再乘以修正系数,或给出[1]估算范围,这与实际情况不符
5、或有出入。结合工程实际,通过盘管的机理分析,对几种常见平面和立体盘管的流动阻力特性进行实验研究,寻求盘管流动性能随盘管的几何参数、盘绕方式及雷诺数等影响因素之图1 流体在弯管内的流动间相应关系的规律。3 实验测试与数据处理2 螺旋盘管流动机理分析311 实验测试弯曲管道的水流的结构及摩阻由3种现象决定:实验系统分为实验段、流量调节段、流量测量段、内弯壁处涡流区的形成、外壁处涡流区的形成及管道温度测量、温度控制和热源6部分,实验系统图如图2横断面中涡对的发生。螺旋盘管内流体的流动除受管所示。壁上边界层的作用外,还受因离心力产生的涡对(二次实验段采用内径为8mm,
6、壁厚2mm的橡胶管,分流)影响,二次环流沿管径流向外侧、沿管壁流向内侧,别布置了地板采暖常用的3种平面盘绕的回路(双回与平行于流道轴的主流相重叠,其作用相当于主流方字形、单回字形及蛇形盘管,如图3所示)、立体螺旋向叠加了交叉流。因此,流体旋转着通过弯管,流线具收稿日期:2003-06-12 收修改稿日期:2003-11-112PipelineTechniqueandEquipmentFeb12004hf′·d·2gλ′=(1)2lv式中:d,l,v,g和hf′分别为盘管的内径、管长、管断面流体平均流速、重力加速度和弯管折合沿程阻力。实验所用管材壁面光滑,且实
7、验的Re范围在紊流光滑区内,可不计粗糙度的影响。通过实验将得出螺旋盘管在不同盘绕方式下λ′=f(雷诺数、几何参数)的无量纲化规律。图2 水阻力测量实验系统图4 实验结果及分析4.1 弯管内流态的影响实验中盘管的相对曲率半径R/d均大于3,属于[2](a)双回字形盘管 (b)单回字形盘管(c)蛇形盘管平顺弯管,流体在此种平面盘管中的流动仍同直管图33种平面盘绕方式布置图一样存在层流、过渡流和紊流几种状态,实验的Re范盘绕以及直管段回路。流量测量段是由示波器和水表围属于层流、过渡区和紊流区范围[2](地板采暖基本在[3]改装自制,测量范围0101～012L/s,精
8、度为011,水此范围)。阻力测量采用水
