引言
螺紋管作為一種高效強化傳熱元件,，目前已廣泛地應用于鍋殼鍋爐和其他換熱器上，其結(jié)構(gòu)如圖1所示,。
對于燃煤鍋殼式鍋爐,，煙管內(nèi)煙氣溫度變化范圍約為900~200℃。在這種情況下,，管內(nèi)的干松灰沉積規(guī)律,。
實際觀察表明，螺紋管內(nèi)積灰較光還少[1],，但是,，由于沒有一個定量的概念，螺紋管內(nèi)積灰對傳熱的影響程度如何無從得知,。文獻[2]對螺紋管內(nèi)積灰分布規(guī)律作了有意義的探討,，但是沒有給出適用于不同管結(jié)構(gòu)參數(shù)和灰樣的積灰量計算公式。因此,，進一步試驗研究螺紋管管內(nèi)積灰規(guī)律是很有實際意義的,。
1 螺紋管積灰的試驗研究
試驗裝置如圖2所示。其中試驗件是用電火花切割法從螺紋管上切下的瓦狀塊,，見圖3,，其結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1。
試驗主要測量值有：氣相速度W,、灰粒平均濃度μ,、灰粒細度R40和積灰量△GJ等，積灰量△GJ的測量方法：用感量為0.1mg的TG-328A型光電分析天平稱量試驗后試件重量GJ1,，然后用脫脂棉將試驗件上的積灰揩試干凈,，再稱重量GJ2,，則單位螺距的積灰量為：
△GJ=（GJ-GJ）2/nJ （1）
其他量的測量見文獻[3]
對所有的11個試驗件作積灰試驗，,，積灰達穩(wěn)態(tài)后取下觀察,，發(fā)現(xiàn)積灰主要集中在螺紋的背風面，其他處不積灰,，如圖4所示,。
這主要是因為在螺紋的背風面形成圖5所示的停滯旋渦區(qū)，慣性較小的細顆粒被帶進該區(qū)后,，受離心分離作用沉積于壁面,。而在別處，由于粗顆粒的強烈沖刷,，細顆粒不可能沉積下來,。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，積灰顆粒的粒徑多數(shù)小于40μm,。
螺紋管內(nèi)積灰沿管長分布如圖6所示
由圖可以看出,，管內(nèi)積灰沿管長方向逐漸減少，越往后減少的幅度越小,。
螺紋管內(nèi)積灰沿圓周方向分布如圖7所示,。從圖中可以看出，積灰沿圓周方向分布均勻,。
試驗發(fā)現(xiàn),，氣相速度達一定值后，對積灰量無影響,，如圖8所示,。
由于沉積于管內(nèi)的灰粒大多數(shù)小于40μm，因此本文用R40作為表示灰粒分布對積灰影響的參數(shù),，部分試驗結(jié)果如圖9所示,。由圖可以看出，在試驗范圍內(nèi),，積灰量隨R40的增大而減少,，即細灰粒減少，積灰量也減少,。
根據(jù)上述試驗結(jié)果并參考文獻[2]的積灰量計算公式,，本文采用下列回歸關系式：
△GJ=a+bLn·[(R40)c(l/d)ζ(t/d)g(L/d) h] （2）
由大量試驗數(shù)據(jù)回歸得螺紋管內(nèi)積灰量計算公式為：
式中△GJ——單位螺距積灰量，mg
R40——篩余量,，%
t——螺距,，mm
d——內(nèi)徑，mm
l——螺紋深度mm
L——試驗件距入口處距離,，mm
公式（3）的計算值與試驗值的誤差大都在±5.6%以內(nèi),。試驗條件：l/d=0.020～0.066,，t/d=0.32～0.92,， R40=85.832～99.1%,，W=6.0～38.0m/s。
2 螺紋管內(nèi)積灰對傳熱的影響
螺紋管內(nèi)壁積灰,，使導熱熱阻增加,，降低傳熱能力。但由于螺紋管積灰集中在占管內(nèi)面積很小比例的螺紋背風面,，因而對傳熱影響很小,。簡單估算如下：
設螺紋管參數(shù)為d=44mm，l=1.0mm,，t=15mm,。如圖10所示，將螺紋曲面簡化為平面,，則單位螺距的換熱面積為：
單位螺距積灰部分的面積為：
假設單位螺距積灰量為△GJ=2.0 mg,，則積灰厚度為
式中γd——積灰堆積比重，其γd=0.48×10-3g/mm3
積灰后的傳熱系數(shù)為
式中α1——管內(nèi)側(cè)對流換熱系數(shù),，取α1=93.04W/m2·℃
λ2——灰污層導熱系數(shù),，取λ2=0.1163 W/m2·℃
管內(nèi)不積灰時，傳熱系數(shù)為：
K=α1 （5）
由式（4）,、（5）得傳熱有效系數(shù)：
可見,，螺紋管內(nèi)積灰對傳熱性能影響很小。
3 結(jié)論
（1）螺紋管內(nèi)積灰沿圓周方向分布均勻,。
（2）螺紋管內(nèi)積灰隨距入口端距離的增加而減少,，且越往后減少絕不明顯。
（3）僅在螺紋的背風面積灰,。
（4）試驗范圍內(nèi)（6～38m/s）,，氣相速度對積灰無明顯影響。
（5）螺紋管內(nèi)積灰隨螺紋深度增加而增大,，隨螺距的增大而減少,。
（6）R40增大，積灰量減少,。
（7）螺紋管內(nèi)積灰對傳熱性能影響很小,。
