流体动力自动清洗螺旋纽带的污垢清洗力矩研究

    1　引言

流体动力螺旋纽带自动清洗技术是传热设备 污垢最先进的在线机械清洗技术。其工作原理如 图1所示。在传热管内安装自转螺旋纽带,在管 内传热流体的带动下自动旋转,其边缘两侧对管 内壁污垢进行刮扫,从而达到污垢清洗目的。在 纽带旋转过程中存在着多种阻力矩,只有当纽带 的动力扭矩大于各阻力矩总和时才能可靠地自动 清洗除垢。显然,工程应用中,螺旋纽带自身的清 洗动力扭矩越大,清洗能力也越大。为此,本文对 有关清洗扭矩———清洗能力进行专题研究。

    2　插有自转式螺旋纽带的管中流体所受的扭矩

螺旋纽带在管中受到流体作用的动力矩,反 向等值于流体经过管内得到的动量矩增量。为 此,下文分析研究流体经过管内得到的动量矩增 量。

图1是在内径为2R的管内插入宽度为B、螺 距为H的螺旋状纽带,以进出口截面Ⅰ—Ⅰ和 Ⅱ—Ⅱ截面的流体动量矩为研究对象。设单位时 间内进口截面Ⅰ—Ⅰ流体质量为ρQ(ρ为流体密 度,Q为体积流量),流入流体的切向速度为υ0, 则流体的动量矩为。同样,设流体 流出截面Ⅱ—Ⅱ的流体速度为υ,则单位时间内 流出流体的动量矩为。

根据动量矩方程,纽带作用于流体的力矩M为:

因此,其值就等于出口截面的流体动量矩。 计算的关键在于截面的流体切向速度υ的分布, 下面展开分析流体切向速度υ的计算。

    3　流体的流动分析

理论分析和流动显示试验结果都表明在插有 自转式塑料纽带的管内,在纽带宽度范围内和管 子与纽带的间隙这两个区域中流体的流动是各不 相同的。

    3·1　在与纽带宽度相等的直径范围内的流体运动

按照运动学原理,流体的运动速度υ′等于流 体相对于螺旋纽带的运动速度υ1与螺旋纽带旋 转的牵连运动速度υ2之矢量和,即υ′=υ1+υ2。 螺旋纽带自转的方向与流体相对于纽带流动 的旋转方向一定相反,因此可表示为:

ω′=ω1-ω2(3)

式中　ω1———流体相对于纽带的旋转流动角速度,ω1=2πu/H

　ω2———纽带自转的角速度

这样,在与纽带宽度相等的直径范围内流体作旋转流动的螺距:

目前尚无直接求取ω2的计算方法,但是可 以通过实验测出ω2。测得ω2值后,就可以算出 流体的角速度ω′。

    3·2　在管子与纽带间隙区域里流体的运动

假定自转式塑料纽带与管子之间的间隙处于 边界层范围内,对于湍流下Pr>1的流体,在此区 域内流体的旋转角速度可近似地认为是线性分布 的,即:

    4　出口截面流体动量矩M的理论关系式