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1、缩放管传热系数的预测付卉,罗小平,邓先栅(l华南理工大学工控学院,广东广州引0640;2华南理工大学化工所,广东广州引0640)摘要:通过引入无因次温度分布式,求解缩放管内任一截面的传热斯坦顿数,并以此为基础导出了缩放管整体传热准数预测公式。根据相似律又可得传质斯坦顿数的预测公式,井把所得结果与文献卜虔供的实验数据进行了对比,相对误差小干7%。关键词:管;传热系数;预测中图分类号:TQ051.502文献标识码:AHeattransfercoefficientpredictionsofconvergingdivergingtubesFUHui1,LU
2、OXiaoping1,DENGXianhe2(1.CollegeofIndustrialEquipmentandControlEngineering,SouthChinaUniv.ofTech,Guangzhou 510640,China;2.InstituteofChemicalEngineering,SouthChinaUniv.ofTech,Guangzhou 510640,China)Abstract:TheStantonNumberforeachcrosssectionofconvergingdivergingtubeisinvestig
3、atedbyadaptingthedimensionlesstemperaturedistributionnormaltothewallofthetube,andthepredictionformulaeforheattransferareobtained.Thecorrespondingmasstransferformulaewerealsoobtainedbyanalogyrule.Thetheoryresultscorrespondwithexperimentalresults,andthemaximumdeviationoftheformu
4、laeresultswithexperimentdataislessthan7%.Keywords:tube;heattransferfactor;prediction符 号 说 明cp———比定压热容,J/(kg·K)D12———扩散系数,m2/sh———导热系数,W/(m2·K)Km———缩放管总体传质膜系数L———缩放管1个周期段长,mLc———缩放管1个周期内收缩段长,mLd———缩放管1个周期内扩张段长,mStm———缩放管R=Rm处的传热斯坦顿数St,StM———分别为总体传热、传质斯坦顿数St1,St2———分别为扩张段、收缩段传热斯
5、坦顿数StMm———缩放管处的传质斯坦顿数q———单位面积热流量,W/m2ρ———流体密度,kg/m3Re———缩放管R=Rm截面的雷诺数Re0———缩放管任意截面的雷诺数r+———无因次半径S———缩放管最大内径与1个周期段的长之比Sc———施密特数Shm———缩放管总体舍伍德数Nu———传热努塞尔数Num———缩放管总体传热努塞尔数Pr———流体普朗特数tw———管壁温度,℃t———流体温度,℃vm———缩放管某一截面的平均流速,m/sv———缩放管壁面的剪切摩擦速率,m/sα———缩放管扩张段锥角,(°)β———缩放管收缩段锥角,(°)λ——
6、—缩放管任一截面的阻力系数λm———缩放管在收缩段与扩张段连接的R=Rm截面上的摩擦阻力系数D———缩放管垂直于流速的圆弧直径,mvr———缩放管径向流速,m/sμ———粘度,Pa·sR———缩放管垂直于中心线的内半径,mRm———R的最大值,mR0———R的最小值,mDm———缩放管R=Rm时垂直于流速的圆弧直径,m 缩放管是由渐缩段与渐扩段构成的1种强化传热管,见图1。流体在管内或管外前进的过程中受缩放管扩、缩表面的作用引起湍动,提高传热效果。该类传热管不易结垢,强化传热效果较好,在硫酸及石化等行业应用前景广阔。研究该类传热管形状参数对阻力系
7、数及传热系数的影响具有实用价值,文献检索表明,有关这方面的研究报道较少。文献[1]对缩放管阻力系数进行了预测,作者在此基础上对缩放管的传热系数进行预测,为缩放管传热综合性能研究及结构参数的优化提供理论基础。图1 缩放管结构示意图图2 缩放管剖面图1 流体在缩放管中任意截面的St取缩放管扩张段剖面结构,见图2。类似于无因次速度分布[1],对管内无因次温度分布可以设:t+=k0lnr+(α-θ)+A0(1)r+=ρvr/μ t+=ρcpv(t-tw)/q(2)式中,0≤θ<α,当θ=α时,t+=0;k0和A0是与倾角α有关的常数(表1),受S的影响较
8、小,分析时不予考虑,得出结果后给予修正。由式(1)知,热流朝向管壁,故平均无因次温度:t+=1∫α0(2πRrdθ)vm∫