平面不锈钢盘管阻力研究
地板采暖、顶棚供冷等工程应用中，常会遇到流体流经弯曲不锈钢盘管问题。通常流体在管内沿断面的流速分布是不均匀的，中心流速大而近边壁处流速小。当流体进入不锈钢弯管时，由于离心力的作用，会产生方向垂直于管路轴向的流动，称为二次流。由于二次流的影响，使不锈钢弯管与直管相比流动阻力相应增大。不同的针路盘绕方式，如单回字形、双回字形和蛇形等，以及各盘绕方式下不同的几何条件，其阻力特性均不同。前人已经做了一些这方面的研究工作，但对不锈钢弯管同时考虑流态、盘绕方式和几何因素等诸多方面影响的定性、定量研究不多。目前在各类换热器及地板采暖等工程应用中，平面盘管水阻力的计算基本上是按直管计算再乘以修正常数，或给出估算范围，这样的计算其结果可能与实际情况不符。 本文从工程实际出发，通过对几种平面形式弯曲不锈钢盘管流动阻力特性的实验研究，定性和定量地分析不锈钢盘管阻力特性随盘管的盘绕方式、不锈钢盘管的几何参数及其组合的变化规律，以及雷诺数等运动参数对阻力的影响，为进一步深入的理论研究与实验研究莫定基础。 实验测试及数据处理 1.1实验测试 实验系统分为实验段、流量调节段、流量测量段、水阻力侧量段和水箱等几部分，见图2,实验段采用内径8mm,壁厚2mm的橡胶管，分别布置了直管和双回字形、单回字形及蛇形三种平面盘绕的回路，如图3所示;流最测最段是由示波器和水表改装自制的(2)测量范围0.01-0.2l/s，水阻力测量段采用水银比压计。本实验测试了六种布置形式、流全范围在0.015--0.125l/s(Re范围在2500-20000)下的多组实验数据。 1.2管件的接头局部阻力和单位长度沿程阻力 实验段布置成单回、双回等各种转弯和直管相组合构成的回路。测压段所显示的阻力值为整个实验区域的压力损失，包括实验段的阻力损失及安装实验仪器的三通、大小头等管件的接头局部阻力，所以系统总阻力除了不锈钢弯管折合阻力hf外还有和实验段两端的管件的接头局部阻力hm。为了得出所需实验段的真实数据并便于和同工况下直管比较，通过采用“差值算法”，得出在本实验流量范围内的直管单位长度沿程阻力及接头局部阻力系数随Re数的变化关系。 1.3数据处理 本实验所用管材内壁光滑，且实验的Re数不大，可以认为处于紊流光滑区。因此，不锈钢弯管内阻力损失主要取决于雷诺数Re、盘绕方式和弯曲程度(相对曲率半径R/d)。本文将不锈钢弯管折合沿程阻力系数整理成λ=f(Re,R/d、盘绕方式)的函数形式。 2.1管内流态的影响 本实验中弯曲盘管的相对曲率半径R/d>3属于平顺弯管，不同作者指出了这类弯曲管段其阻力系数λ和Re数的关系与直管段有类似情况(31O流体在不锈钢弯管中的流动仍同直管一样存在层流过渡流和紊流几种状态。图4是实验得出的λ'= f (Re)关系曲线。可见不锈钢盘管折合沿程阻力系数趋势基本上与直管的阻力规律相同。当雷诺数小时，各弯管折合沿程阻力系数λ’很接近，随着Re的增大盘绕方式对阻力的影响才开始表现出来，并且雷诺数越大，盘绕方式对阻力的形响程度越大。 2.2不锈钢弯管的主要几何参数的影响 相对曲率半径减小，折合沿程阻力系数相对增大，这是由于不锈钢弯管的转弯角愈大，管中的二次流也愈强烈造成的。 2.3弯管盘绕方式的影响 在本实验的雷诺数范围内和现有实验条件下，单回字形、双回字形和蛇形各种盘绕方式在相同的徽设面积及管间距下相比较.其阻力之间的差距不大。其中单回字形的阻力略大.双回字形和蛇形阻力次之，而对比之下直管的阻力最小。 2.4实验误差分析 本实挂研究的主要测量效据为流量、压强差、温度、管道直径、长度、曲率半径等。其中，MASER采用的流量计经过体积法标定.在0.13m3/h -0.91m3/h流量范围内实侧*相对误差发生在0.21m3/h为3.4%，**误差发生在0.907m3/h为0.012m3/h其相对误差为1.36%，相对满量程(0.91m3/h)误差为1.31%;压强差采用水银比压计测量，读数误差1mm.换算成水柱高度为12.6 x 1=12.6mm; 5度采用标准水银温度计测量精度为0.1℃.因为温度测量只对水的运动枯度有形响，而这种影响并不明显.可以忽略温度测量误差所带来的阻力计算误差;管道长度和曲率半径采用卡尺测量 ,考虑测量误差2mm，但对于总长度20m的长管，这样的长度误差是可以忽略的;管道直径采用游标卡尺测量,读数误差0.02mm。因流量测量误差引起的*相对误差为6.9%，因管径测量误差引起的*相对误差为1.3%，因压强差测量误差而引起的*相对误差发生在流量最小时，为4%，因管径测量误差引起的*相对误差为1.3%，由于采用的是柔性管.实际上由于管径测量误差引起的误差可能是相当大的，但这并不会影响各种盘绕方式阻力系数的相对关系。通过以上分析，折合沿程阻力系数的精确性对直径是最敏感的，对流量的敏感性次之，进一步的研究应给予充分的考虑。 |