流体系统管道加热升温一个问题探讨
正文共： 805字 2图 预计阅读时间： 3分钟1 前言今天我们讨论一个关于流体系统管道升温的问题。考虑如下的流体系统，冷流体在①处经过管道流进换热设备，经过换热后得到热流体从管道流到②处。假如以②处达到某个温度值作为调节目标，那么这个系统具有如下的能量关系，即Q=Cpm(t2-t1)，Q表示能量转换量，cp为比热，m为质量流量，我们假定cp和Q不变，那么①和②的温差与质量流量m成反比。于是，我们有两种选择可以让②处的温度达到目标值。一种是采用较小的m，那么①和②的温差就较大；另一种是采用较大的m，那么①和②的温差就较小。2 案例演示下面我们用一个简单的案例来做一个演示。创建如下的二维轴对称管道模型。管道入口采用速度边界，出口采用压力边界，管道壁面为对流换热边界，外部温度100℃，对流换热系数10W/m2℃。流体介质为空气，为简化问题，不考虑温度对流体热物性的影响。我们设置两个工况，一个工况为入口温度500℃，速度5m/s；另一个工况为入口温度460℃，速度23m/s。两个工况计算结果分别为：工况1出口温度445.188℃，壁面换热量955.43W；工况2出口温度445.371℃，壁面换热量1163.96W。可以看出，达到同样的出口温度，工况1为小流量大温差(54.81℃)；工况2为大流量小温差(14.63℃)。同时，也可以看出工况2虽然实现了小温差传热，但是消耗流体的热能显著增加。我们注意到，工况1和工况2都是流体向外部散热的情况。假设流体被外部加热呢？我们将外部环境温度改为600℃，增加工况3：入口温度500℃，速度5m/s，则出口温度513.7℃，管壁得热238.8W；工况4：入口温度510℃，速度23m/s，则出口温度513.6℃，管壁得热291W；可以看出，不管是散热还是得热，大流量小温差的情况下，管道内流体的能量变化都是更大的。以上的问题表面上显得无聊，实际上在一些流体系统还是很有意义的，比如SOFC系统升温时的温度调节。来源：仿真与工程
