Page 110 - 《橡塑技术与装备》2025年9期

橡塑技术与装备
HINA R&P TECHNOLOGY AND EQUIPMENT

条件。管路下方为入口， 入口质量流量为 6.28 kg/s
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2
（Q m =ρQ v =1 044 kg/m ×21.6 m /h=6.25 kg/s），上方
为出口，出口压力为 0 Pa，温度 20 ℃。管壁的边界
条件是无滑移壁面，壁面绝热。加热棒的边界条件是
2
无滑移壁面，施加热流功率密度为 28.5 kW/m （q）
40 kW
2
=P/A= 1.404 m 2=28.5 kW/m 。空心管的边界条件为
无滑移壁面，壁面绝热。

图 5 对流换热分析模型的边界条件
2
积为 688.5 mm ，而无空心管的管道截面，温度超过
2
350 ℃的面积为 766.9 mm 。由此可见，空心管起到
图 3 热油系统中重复结构且无空心管的三维模型（左）； 了降低加热棒表面温度的作用。
加热器表面（右）

图 4 对流换热分析模型的网格剖面 图 6 加热器表面的温度分布

3 仿真结果分析
3.1 热油管路的温度场特性
热油系统对流换热分析的分析对象为系统中重复
出现的管道结构，包括两个分析模型，分别是带有空
心管的管道和无空心管的管道。
带有空心管和无空心管的加热器表面温度分布
如 图 5 所 示， 带 有 空 心 管 加 热 器 的 表 面 最 高 温 度 为
593.9 K（320.75 ℃），无空心管加热器的表面最高温
度为 626.53 K（353.38 ℃）。图中可以看出，加热器
表面最高温度位于其末端，且沿流动方向加热器表面
温度逐渐升高。此时，观察热油在流动过程中的温度 图 7 管道截面平均温度沿管长方向分布曲线
变化，如图 6 所示，低温热油在流动过程中经过加热
3.2 热油管路的速度场特性
器不断加热，使得热油温度升高，致使加热器与热油
热油系统管道流线如图 8 所示，可以看出，带有
的温差降低，最终导致加热器末端温度最高。
空心管的管道最高速度为 1.44 m/s，无空心管的管道
带有空心管的加热管道的截面温度和无空心管
最高速度为 1.74 m/s，速度沿管长方向均匀分布。管
的加热管道的截面温度如图 7 所示（温度上限调整为
道截面速度矢量以及管道截面速度分布如图 9 和图 10
350 ℃），可以看出，二者的温度分布相近，加热器表
所示，可以看出，带有空心管的加热器的管道截面，
面温度最高，温度自加热器表面向热油呈辐射状。此
加热器表面附近的速度较大，而无空心管的加热器的
外，带有空心管的管道截面，温度超过 350 ℃的面

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·58· 第 51 卷 第 期