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以导热油为热介质的压板管路设计问题探讨 朱瑞华 （苏福马股份有限公司） 与饱和蒸汽供热相比，导热油（有机热载体）供热具有可在较低的运行压力下获得较高温度，可进行稳定的加热和精确的温度调节，节能30-50%，节电、节水等突出特点。由于这些特点，导热油供热技术在国内木材加工企业被愈来愈多的采用，在提高生产能力和产品质量、降低能源消耗和生产成本方面起到了显著的作用。人造板热压机是最广泛采用导热油为热介质的设备之一。 从用蒸汽加热到采用导热油加热，热介质变了，热压板的介质流通管路设计用不用变？压板管道直径需增大还是缩小？饱和蒸汽与导热油在对流发热的形式上有根本的区别。饱和蒸汽在放热时，蒸汽从气态转化为液态，放热是通过集态改变（相变）完成的；而导热油是通过强制对流的方式实现放热。通过集态改变（相变）的放热强度要比导热油单相流体放热的强度大得多。所以，在以导热油为热介质的压机压板管路的设计计算过程中，以何种途径保证足够的放热能力是非常重要的。本文力图通过放热系数、管路压损的计算公式推导对压板管路设计作一探讨，供人造板压机的节能改造和新产品设计参考。 几个计算公式的推导 饱和蒸汽和导热油在压板管路里的放热都可以按对流放热过程计算，对流放热过程所传递的热流量[1],[2] 式中，α为对流放热系数w/(m2·℃)；F为换热面积m2；tf、tw分别为流体和壁面温度℃。 导热油在压板管路里应工作在紊流状态。实验所得管内紊流放热的计算公式如下[1],[2]： 式中， 努谢尔特数Nu是反映对流放热强度的准则数， 雷诺数Re是反映流动状态的准则数， 普朗特数Pr是反映流体物性影响的准则数， 以上诸式中，α为放热系数；l为定型尺寸，管内放热时取管的内径d；λ为流体的导热系数；w为主流区流体平均流速；ν为流体运动粘度；a为流体导温系数。 由（2）、（3）可以得出： 通常，工艺所要求的热流量QH为一定。为保证压板工作表面温度的均匀性，要求导热油在压板进、出口处的温差不能超过一定的范围。根据流体比热的定义，有公式 式中QV为每层压板导热油的体积流量m3/h，ρ为导热油的密度kg/m3，Cp为导热油的定压比热J/(kg·K)，ti、to分别为导热油在压板进、出口处的温度。 进、出口的油温温差被限定以后，在要求一定的供热量情况下，导热油的体积流量QV也就为一定，并且有 则导热油在压板管路内的平均流速为 式中，n为每层压板导热油管路的回落数，d为管径。（根据导热油在压板管路里的放热系数计算和导热油使用的有关资料介绍，平均流速w应不低于2米／秒，某国外人造板压机压板管路里的导热油平均流速w使用到接近4米／秒。） 将式（9）代入（4）， 代入式（2）、（6）、（1），有 以上式中，L为每层压板管路总长度。管路转弯处的矩形截面简化为与圆管同直径的圆形截面计。 管径d和回路数n对导热油放热的影响 从式（12）中，我们可以得知影响放热系数的因素和每一因素对放热系数α影响的程度。从式（8）可知，工艺所需要的热流量和进出口温差为一定，在选定导热油型号后，由于在一定的工作温度下导热油的物性参数ρ、Cp、ν、λ、a为一定，所以导热油的体积流量QV也已确定。这样，影响放热系数的主要因素为每层压板的管路回路数n和管径d。管路回路数n和管径d主要是通过改变导热油在管道里的流速影响放热系数，其中又以管径d的影响为大，放热系数几乎与管径的平方成反比，d越大，放热系数越小。n越大，则通油截面积越大，管路流速越小，紊流的程度越弱，放热系数越小；管径d除影响流速外，还通过雷诺数Re和努谢尔特数Nu影响发热系数。 但对导热油在压板里放热的热流量QH来说，其数值大小不仅与放热系数α有关，和管道内表面积F也有关，这一点从式（1）中可以看出。由于压板管道加工设备的限制，钻孔间距通常不易改变，也就是说钻孔的大小一般不会影响每块压板内的管路总长，则管道内表面积F正比于管径d。所以管径d从放热系数α和放热面积F两方面影响热流量QH。从式（13）可以看出，热流量QH反比于管径d的0.8次幂。也就是说管径d对热流量的影响并没有其对放热系数的影响强烈。 管径d和回路数n对沿程阻力和油泵流量的影响 虽然从前述推导可知通过减小管径d和减少回路数n都能增强导热油在管路里的放热，但实际上这种增强的实际效果是有一定限度的。速度w的增加增强了导热油流动的紊流程度从而增强了放热，但流速的增加同时增大了导热油流动的阻力，并且流动阻力的增加速度远大于放热强度的增加速度，从而导致导热油泵驱动的动力消耗迅速上升。除此之外，由于导热油泵一般为离心泵，而离心泵的输出流量会随管路阻力的增加而迅速下降，不适当的减小管径和减少回路数将会使管路工作点偏移、热油泵的实际流量大大低于其名义流量而导致进出口油温温差加大、压板供热不均匀，工作质量下降。所以在确定