為什么設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)，煙氣要橫向沖刷對(duì)流受熱面的管束?

以吸收對(duì)流傳熱為主的受熱面稱為對(duì)流受熱面，再熱器、省煤器和大部分過熱器均是對(duì)流受熱面。對(duì)流受熱面煙氣側(cè)的放熱系數(shù)比管內(nèi)蒸汽側(cè)或水側(cè)的放熱系數(shù)小得多，對(duì)流受熱面的傳熱熱阻主要在煙氣側(cè)。為了提高對(duì)流受熱面的傳熱系數(shù)，應(yīng)該提高煙氣側(cè)的放熱系數(shù)。煙氣側(cè)放熱系數(shù)的大小主要決定于煙氣流速和煙氣沖刷受熱面管子的方式。

當(dāng)流體流過管束時(shí)，如果流動(dòng)方向與管子的軸線垂直稱為“橫向沖刷”;如果流動(dòng)方向與管束的軸線相平行稱為“縱向沖刷”。當(dāng)流體流過壁面時(shí)會(huì)在壁面上形成層流底層，層流底層的厚度與流體的速度有關(guān)。流體速度高時(shí)層流底層的厚度小，反之則在層流底層內(nèi)，由于各層流體間互相不摻混，沿層流底層厚度方向的熱量傳遞依靠流體的導(dǎo)熱。除水銀或高溫下呈液態(tài)的金屬外，大多數(shù)流體的導(dǎo)熱系數(shù)很小，所以傳遞的熱量在穿過層流底層時(shí)要克服很大的熱阻。一旦熱量穿過層流底層后，熱量很快就被層流底層外的紊流微團(tuán)傳遞走。

因此，對(duì)大多數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)小的流體，放熱系數(shù)的大小決定于層流底層的厚度。當(dāng)流體橫向沖刷管束時(shí)，因流體流過曲面的前半部，產(chǎn)生的擾動(dòng)較大，在管束的后半部形成漩渦，管束外的層流底層短而薄，所以熱阻較小，放熱系數(shù)較高。當(dāng)流體縱向沖刷管束時(shí)，因流體的流動(dòng)方向與管束的軸線相平行，流動(dòng)截面沒有變化，擾動(dòng)小，也不存在渦流，管束外層流底層長而厚，所以熱阻較大，放熱系數(shù)較低。通常煙氣橫向沖刷管束的放熱系數(shù)約為縱向沖刷的二倍。煙氣斜向沖刷管束時(shí)，可以分解成橫向沖刷和縱向沖刷兩部分，所以，斜向沖刷時(shí)的放熱系數(shù)介于橫向沖刷和縱向沖刷之間。因?yàn)闄M向沖刷管束的放熱系數(shù)比縱向沖刷的高約一倍，所以設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)總是使煙氣橫向沖刷過熱器、再熱器和省煤器等對(duì)流受熱面的管束，以提高煙氣側(cè)的放熱系數(shù)，強(qiáng)化傳熱，達(dá)到節(jié)省對(duì)流傳熱面面積的目的。