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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∫
