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    為什麼鍋爐設計時,總是使煙氣橫向沖刷過熱器、再熱器和省煤器等對流受熱面的管束?

    發布時間:2017-12-15


            以吸收對流傳熱為主的受熱面稱為對流受熱面,再熱器、省煤器和大部分過熱器均是對流受熱面。對流受熱面煙氣側的放熱系數比管内蒸汽側或水側的放熱系數小得多,對流受熱面的傳熱熱阻主要在煙氣側。為了提高對流受熱面的傳熱系數,應該提高煙氣側的放熱系數。煙氣側放熱系數的大小主要決定于煙氣流速和煙氣沖刷受熱面管子的方式。

    當流體流過管束時,如果流動方向與管子的軸線垂直,稱為“橫向沖刷”;如果流動方向與管束的軸線相平行稱為“縱向沖刷”。請見圖1。

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    圖1 流體不同沖刷方式的比較

    1- 橫向沖刷,錯列; 2-橫向沖刷,順利;3-斜向沖刷,順列;4-縱向沖刷

            當流體流過壁面時會在壁面上形成層流底層,層流底層的厚度與流體的速度有關。流體速度高時層流底層的厚度小,反之則厚度大。

    在層流底層内,由于各層流體間互相不慘混,沿層流底層厚度方向的熱量傳遞依靠流體的導熱。除水銀或高溫下呈液态的金屬外,大多數流體的導熱系數很小,所以傳遞的熱量在穿過層流底層時要克服很大的熱阻。一旦熱量穿過層流底層後,熱量很快就被層流底層外的紊流微團傳遞走。因此,對大多數導熱系數小的流體,放熱系數的大小決定于層流底層的厚度。

    當流體橫向沖刷管束時,因流體流過曲面的前半部,産生的擾動較大,在管束的後半部形成漩渦,管束外的層流底層短而薄,所以熱阻較小,放熱系數較高(見圖1)。

          當流體縱向沖刷管束時,因流體的流動方向與管束的軸線相平行,流動截面沒有變化,擾動小,也不存在渦流,管束外層流底層長而厚,所以熱阻較大,放熱系數較低(見圖1)。通常煙氣橫向沖刷管束的放熱系數約為縱向沖刷的二倍。煙氣斜向沖刷管束時,可以分解成橫向沖刷和縱向沖刷兩部分。所以,斜向沖刷時的放熱系數介于橫向沖刷和縱向沖刷之間(見圖1)。

           因為橫向沖刷管束的放熱系數比縱向沖刷的高約一倍,所以設計鍋爐時總是使煙氣橫向沖刷過熱器、再熱器和省煤器等對流受熱面的管束,以提高煙氣側的放熱系數,強化傳熱,達到節省對流傳熱面面積的目的。