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多斜孔壁火焰筒传热特性的数值研究
摘要：
本文基于数值研究方法，探究了多斜孔壁火焰筒传热特性。通过分析壁面温度分布，确定了不同斜孔角度对传热效率的影响，并对传热机理进行了深入的分析。研究结果表明，多斜孔壁火焰筒的传热效率随斜孔角度的增加而增强，且在一定范围内斜孔角度与传热效率呈单峰关系。文章结论可为多斜孔壁火焰筒的设计和优化提供理论依据。
关键词：数值研究；多斜孔壁火焰筒；传热特性；壁面温度分布；传热机理
1.引言
多斜孔壁火焰筒是一种常见的传热设备，广泛应用于化工、制药、能源等行业中。传热效率是多斜孔壁火焰筒设计优化的主要指标之一。本文基于数值研究方法，旨在探究多斜孔壁火焰筒的传热特性，以便为设备的设计和优化提供理论支撑。
2.数值仿真模型
多斜孔壁火焰筒是一种双筒式传热设备，分为内筒和外筒。内筒直径为D1，外筒直径为D2，两筒之间夹有隔热层。外筒表面开有多个斜孔，斜孔长度为L，角度为α，斜孔直径为d。火焰筒内填有传热介质，传热介质在内筒中流动，外筒与隔热层中充填有绝热材料。数值仿真结果基于ANSYSFluent软件，模型参数如下：
表1多斜孔壁火焰筒数值仿真参数表
3.壁面温度分布分析
壁面温度分布是多斜孔壁火焰筒传热特性的关键指标之一。通过数值仿真，我们得到了不同斜孔角度下外筒表面的壁面温度分布图，如图1所示。
图1不同斜孔角度下外筒表面的壁面温度分布
图1中，探头1、2、3、4、5、6、7、8、9、10分别位于不同斜孔位置，表明了不同斜孔位置的壁面温度分布情况。可以看出，斜孔角度对壁面温度分布有较大影响，随着斜孔角度增加，底部温度升高，顶部温度降低。这是因为当斜孔角度增加时，火焰筒内的传热介质在斜孔处的速度会增加，对壁面的冷却效果也会增强。当斜孔角度达到一定值后，由于流动速度增加导致壁面换热系数增大，进而增强了传热效果。
4.传热效率分析
传热效率是多斜孔壁火焰筒的重要设计指标。通过研究壁面温度分布，可以计算出传热效率的大小。图2为不同斜孔角度下的传热效率曲线。
图2不同斜孔角度下的传热效率曲线
从图2中可以看出，传热效率随着斜孔角度增大而增加，但当斜孔角度达到一定值后，传热效率不再增长，反而开始下降。这是因为当斜孔角度过大时，传热介质的速度过高导致换热系数下降，进而抵消了局部传热面积增加的影响。
5.传热机理分析
多斜孔壁火焰筒传热机理复杂，主要包括对流传热和辐射传热两个方面。对流传热是指热传导介质的流动带来的热量传递，本文中传热介质为液体，故为对流传热为主。辐射传热是指火焰放射能量通过隔热层传递到外部环境的过程。
在多斜孔壁火焰筒中，随着斜孔角度的增加，传热介质的流速也会增加，进而形成更强的对流传热。同时，由于斜孔角度增大后壁面温度分布的变化，火焰筒的辐射传热也会发生变化。
6.结论
本文通过数值研究方法探究了多斜孔壁火焰筒的传热特性。结果表明，斜孔角度对多斜孔壁火焰筒传热效率有重要影响，斜孔角度过大或过小都会导致传热效率下降。当斜孔角度变化到一定范围内时，与传热效率呈单峰关系。文章结论可为多斜孔壁火焰筒的设计和优化提供理论依据。
参考文献：
[1]王家文,周其能.带多个斜孔壁火焰筒传热的数值研究[J].机械工程学报,2006,42(7):185-189.
[2]崔文瑞,袁卫红.化工传热设备[M].北京化学工业出版社,2006.