PDF《一种用于污垢监测的温差热阻新方法》

1 1 + h

3 Rf . (11) 由此可以计算垢层内壁面温度 Tsf ,其中 h

3 为结垢 条件下流体与垢层内壁面间的换热系数. ・

1 7 ・ 第28 卷第5期邢晓凯等 :一种用于污垢监测的温差热阻新方法 ? 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 1.

4 液体主流温度的计算 设流体进口温度为 Tf1 , 出口温度为 Tf2 , 流体 质量流量为 m ,比热容为 c ,管径为 d ,管长为 l ,由 于垢层厚度相对于管径来说很小 ,可以认为结垢后 管道内径不变.此时热平衡方程为 mc ( Tf2 - Tf1) = Tw - Tlf Rsf πdl , (12) 其中 Rsf = 1/ h

3 + Rf . 流体主流温度 Tlf 可以表示为 Tlf =

1 2 ( Tf1 + Tf2) ,则式(12) 变为 Tlf =

2 mcRsf Tf1/ ( πdl) + Tw

2 mcRsf/ ( πdl) +

1 . (13) 给定污垢热阻的条件下 ,联立式(8) , (9) , (11) , (13) ,即可计算出管内壁结垢后的管内流体主流温 度、 垢层内表面温度及对流换热系数.利用式(5) 即 可计算出相应的修正值ΔR 和修正系数ζ.

2 算例分析 设有一实验管段 ,材质为铜 ,内径为 0.

04 m ,长为4m,壁温维持

70 ℃,进口水温 20~40 ℃,管内 介质流速为 0. 5~3 m/ s.污垢热阻为

1 *10 -

6 ~

215 *

10 -

4 (m2 ・ K) / W (美国管式换热器制造商协 会( TEMA) 推荐[9 ] 的冷凝液的污垢热阻为 1.

76 *

10 -

4 (m2 ・ K) / W ,锅炉排水的污垢热阻值为 (3. 5~ 5. 3) *

10 -

4 (m2 ・ K) / W) . 首先由式(8) ,(9) ,(13) 计算出洁净表面的对流 换热系数和液体温度 ,继而再联立式 (5) , (8) , (9) , (11) ,(13) 用计算机编程迭代计算出不同污垢热阻 所对应的液体出口温度、 内壁面温度、 修正值ΔR 及 修正系数ζ. 2.

1 管内流体出口温度和垢层内壁面温度随污垢 热阻的变化 图2为管内流体出口温度和内壁面温度在污垢 生长过程中的变化曲线.从图中可以看出 ,随着污 垢的生长 ,管内流体出口温度和污垢的内壁面温度 逐渐下降 ,导致对流换热系数下降 ,对流换热热阻增 大. 2.

2 对流换热系数随污垢热阻的变化 图3为不同进口温度下对流换热系数随污垢热 阻的变化曲线.从图中可以看出 ,随着污垢的生长 , 导致流体与污垢内壁面的对流换热系数下降 ,不同 进口温度对应的对流换热系数的下降幅度不同 ,温 度较低时 ,下降幅度较大. 图2流体出口温度和垢层壁面温度 随污垢热阻的变化 图3不同进口温度下对流换热系数 随污垢热阻的变化 2.

3 不同进口水温所对应的修正值ΔR 和修正系 数ζ随污垢热阻的变化 不同进口水温所对应的修正值ΔR 和修正系数 ζ随污垢热阻的变化见图

4 , 5.可以看出 , 随着污 垢的生长 ,修正值增大 ,修正系数却逐渐下降;

在垢 层厚度相同时 ,随着流体进口温度的减小 ,修正值和 修正系数增大.原因在于进口温度越低 ,液体主流 温度和垢层内壁面温度变化越大 ,由此引起的对流 换热热阻的变化越大. 图4不同进口温度下修正值随污垢热阻的变化 在结垢的初始阶段 ,虽然修正值最小 ,但是修正 ・

2 7 ・ 石油大学学报(自然科学版)

2004 年10 ........