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杜肯索斯（武漢）維倫特萊(廣州)新材料有限公司 謝天鵬 杜澤
風(fēng)管得熱與溫升
氣流在風(fēng)管內(nèi)傳輸流動(dòng)時(shí)，管內(nèi)的高溫氣體，由內(nèi)外溫度作用，通過(guò)風(fēng)管管壁與外界發(fā)生熱交換。此而導(dǎo)致的管道內(nèi)部氣流溫度的差異稱為風(fēng)管溫。為防止這些現(xiàn)象導(dǎo)致的冷量損失，通常在風(fēng)管管壁加裝保溫層來(lái)降低一側(cè)流體之間的應(yīng)力。
(1)風(fēng)管得熱
制冷工況時(shí)，從風(fēng)管的入口端至末端，管內(nèi)氣體過(guò)管壁獲得熱量，溫度下降。風(fēng)管內(nèi)氣流通過(guò)壁面與外界空氣熱交換的獲取的熱量為：
式中：Q 為獲得總熱量，kJ；C 為空氣定壓比熱，kJ/(kg·℃)；G 為管道內(nèi)風(fēng)量，kg/s；Δt 為管道溫升，℃。
(2)風(fēng)管溫升
從入口至末端，管內(nèi)氣體獲得的潛熱，等于從管壁傳入的熱量。假定入口風(fēng)溫為 t0，出口風(fēng)溫為 ts，則能似取平均濃度 tavg 為：
式中：N 為風(fēng)管周長(zhǎng)平均值，m；L 為風(fēng)管長(zhǎng)度橡塑保溫風(fēng)管，m；ta 為圍空氣（環(huán)境）溫度，℃；K 為傳熱系數(shù)，W/(m2·℃)；R保溫管道的熱阻，m·2 ℃/W
對(duì)于矩形風(fēng)管：
式中：αng 為內(nèi)壁換熱系數(shù)，W/(m2·℃)；αwg 為外壁換熱系數(shù)橡塑保溫風(fēng)管，W/(m2·℃)；δ 為保溫層厚度，m；D0 為風(fēng)管內(nèi)徑，；D1 為風(fēng)管外徑，m；λ0、λ1、λ2……為構(gòu)成風(fēng)管主體的層涂層的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·2 ℃)。
由于內(nèi)層的聚酯層貼面與外層的阻燃層貼面的料厚度一般為 0.2 mm 甚至很薄，相對(duì)于后面的橡塑保溫層來(lái)說(shuō)保溫作用能忽視不計(jì)，因此為了簡(jiǎn)化計(jì)算考慮能覺(jué)得此兩層結(jié)構(gòu)的傳熱傳質(zhì)為 0，因此型（4）、（5）可簡(jiǎn)化為型（6）、（7）：
外壁換熱系數(shù) αwg，取決于壁面粗糙度、外界工況件等，對(duì)于室外場(chǎng)所，外壁面換熱系數(shù)通常取值 8.14W/(m2·℃) （也有學(xué)者給出的數(shù)值取值范圍為 8~10W/(m2·℃)），內(nèi)部氣流與風(fēng)管內(nèi)部接觸且高速流動(dòng)，內(nèi)壁表面換熱系數(shù)遠(yuǎn)高于外壁換熱系數(shù)，因此 項(xiàng)能似趨近于 0，用于簡(jiǎn)化計(jì)算時(shí)能按 0 值處理。
保溫厚度計(jì)算
計(jì)算保溫層寬度，通常采取防凝露法。防凝露法算保溫厚度的模式是，認(rèn)為外壁面的最低溫度，最等于當(dāng)?shù)丨h(huán)境的露點(diǎn)濕度，以讓風(fēng)管外表面不出現(xiàn)露現(xiàn)象。
因此，決定保溫層厚薄的原因有：
1）風(fēng)管外表面濕度要低于管壁外圍環(huán)境空氣的露點(diǎn)溫度。
2）為確保最端的送風(fēng)效果，風(fēng)管的末端的濃度不得高于可接受最高送風(fēng)頻率。
(1)板材及矩形風(fēng)管的計(jì)算
對(duì)于保溫板材及矩形風(fēng)管：
對(duì)于圓形風(fēng)管：
D1 由下式計(jì)算：
式中：δ 為保溫材料的寬度，m；tw 為風(fēng)管外表面氣溫，℃。
(2)橢圓形風(fēng)管計(jì)算
對(duì)于截面為原型的風(fēng)管，其幾何長(zhǎng)度與水力直徑計(jì)算公式為：
式中：R 為水力半徑；A 為管道截面積；L 為管道濕周； 為管道直徑，即 d=4R。
與環(huán)形風(fēng)管相對(duì)比，橢圓形風(fēng)管的當(dāng)量直徑 dε 用水力半徑表示為：
式中：dε 橢圓管道當(dāng)量直徑；a 為半圓長(zhǎng)直徑；b 為橢圓半徑。
求出橢圓形管道當(dāng)量直徑后，通過(guò)型（11）將當(dāng)量直徑計(jì)算層等效的水力半徑，橢圓形管道當(dāng)量直徑代環(huán)形管道計(jì)算式（10）即可。
計(jì)算示例
某處于室外環(huán)境的直徑 457 mm，長(zhǎng)度 20 m 的橡塑復(fù)合風(fēng)管，入口風(fēng)速為 8 m/s，送風(fēng)溫度 11 ℃，環(huán)境度 33 ℃，環(huán)境溫度 85%，擬選用的橡塑復(fù)合風(fēng)管的熱系數(shù)為 0.031 W/(m·K)。樹(shù)上鳥(niǎo)教育暖通設(shè)計(jì)在線教學(xué)杜老師。
(1)保溫厚度計(jì)算
根據(jù)環(huán)境溫度與環(huán)境溫度，查表或計(jì)算得到環(huán)境點(diǎn)濃度 td 為 30.13 ℃。根據(jù)式（10），計(jì)算得到外徑 D1算過(guò)程如下：
求解得：D1=0.505 m。根據(jù)型（9），得到保溫厚度 δ 24 mm。即采用 24 mm 厚度規(guī)格的柔性保溫風(fēng)管即導(dǎo)致風(fēng)管外表面出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。
(2)溫升計(jì)算
11 ℃時(shí)，空氣的定壓比熱可取為 1.025 kJ/(kg·K)，度可取為 1.24 kg/m3，根據(jù)型（7），求解得：熱阻 R=.5902 m·2 ℃/W。
根據(jù)型（2）、式（3）計(jì)算得：ts=11.665 ℃，則此 20 m度管段溫升為 0.665 ℃。
結(jié)語(yǔ)
本文通過(guò)對(duì)常用的方形、圓形的橡塑復(fù)合風(fēng)管的溫厚度及溫升計(jì)算方式進(jìn)行歸納，并借助準(zhǔn)確的估算案例探討了數(shù)值換算過(guò)程，通過(guò)當(dāng)量直徑的代替的方式把此計(jì)算過(guò)程擴(kuò)展至扁球形管型。計(jì)算過(guò)程中根實(shí)際狀況進(jìn)行了個(gè)別數(shù)值的簡(jiǎn)化、取值，并探討了原論述。通過(guò)本文的綜合探討，得到了如下的結(jié)論：
1）防凝露法選型是橡塑復(fù)合風(fēng)管厚度選型的快捷用的方式。
2）由于內(nèi)外貼面層的寬度遠(yuǎn)大于前面的橡塑保溫，計(jì)算風(fēng)管溫升時(shí)對(duì)此兩層結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱熱阻進(jìn)行忽，以適于簡(jiǎn)化計(jì)算的過(guò)程是可取的。
3）由于通風(fēng)管道內(nèi)部的速度通常狀況下小于m/s，絕大部分常規(guī)送風(fēng)狀況時(shí)風(fēng)管外部流動(dòng)進(jìn)入紊及紊流狀態(tài)，內(nèi)部氣流與風(fēng)管內(nèi)發(fā)生強(qiáng)烈熱交換，風(fēng)內(nèi)壁與外部氧氣的表層換熱熱阻遠(yuǎn)小于橡塑保溫的傳熱傳質(zhì)，因此計(jì)算值對(duì)管道內(nèi)部與氣流交界面?zhèn)髻|(zhì)傳熱按 0 值處理也有可取的。
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