由于伴热管施工方便, 维护容易, 因此在石油、 化工 、 制药等行业采用伴热管的伴热方法非常广泛 。但由于伴热管与工艺管道间理论上仅为线接触, 实际上因种种原因在管道施工过程中很难保证伴热管和工艺管道间的完全贴合, 从而使得伴热管和工艺管之间存在一空气层。这一空气层使伴热管和工艺管之间热量传递的阻力大大增加 , 降低了热传导的传热效率 , 从而使热量传递的主要方式为对流传热。为此, 对这一空气层对伴热管传热效率的影响进行了有限元计算与研究 , 结果表明空气层会使传热效率大大降低1 。事实上 , 伴热管伴热效率低的问题不仅被很多工程实例所证实 , 而且已得到相关行业工程技术人员的高度重视 2提出了采用异型管来增大伴热管与工艺管间的传热面积 , 以达到提高传热效率的目的 。实践证明, 这一技术对提高传热效率起到了一定的作用, 但并没有解决伴热管和工艺管间存在空气层的问题 。造成伴热管伴热效果差的问题 , 症结在于伴热管和工艺管间存在一空气层。如果将这一空气层用一种导热性能良好的材料替代 , 将这一填充材料与伴热管和工艺管均保持良好的接触 , 不仅能大大提高传热面积, 而且能将传热方式变成热传导 。这种材料习惯上称为导热胶泥 ,在国外已有很长时间的应用历史, 如美国 THERMON Manufaturing Company 就有 40 多年的研究生产历史 。近年来 , 我国引进了成套的导热胶泥装置及其技术 , 应用范围也逐渐扩大, 目前所研究的 HXD 导热胶泥系列产品3已在国内十余家国有大型企业、 独资企业、合资企业得到应用 。尽管导热胶泥的应用逐渐广泛, 但对其认识还不够深入, 特别是对伴热管使用导热胶泥后伴热效果究竟提高了多少还缺乏系统研究, 严重影响了导热胶泥的应用领域 。为此, 将对伴热管使用导热胶泥后的传热特性进行有限元分析 , 以期对伴热管使用导热胶泥后所带来传热效率的提高形成定量认识。二、 带导热胶泥伴热管的有限元分析计算采用的有限元程序为 Ansy s 5 .7 , 分析对象为HXD-D类型导热胶泥的伴热结构形式 , 伴热管和工艺管之间存在 1 mm 的间隙, 这一间隙由HXD-D 型导热胶泥填充 , 所得到的结构有限元网格见图 1 , 计算参数如下 。钢管的导热系数 λ=45 W/ (m·);管道与保温层之间空气的导热系数 λ=0 .025 W/ (m·);保温材料的导热系数 λ=0 .15 W/ (m·);管内介质的给热系数 α=1270W/(m

2·);管间空气自然对流的给热系数 α=5 W/ (m

2·);保温层外空气自然对流的给热系数 α=10 W/ (m

2·);伴热管内壁的温度 t =120 ;工艺管内物料温度 t

=40 ;管道与保温层之间空气的温度 t =60 ;管道内介质温度为 40 。图 1

带导热胶泥伴热管系有限元网格图 2 和图 3 分别表示伴热管施加导热胶泥后 ,伴热管系截面上的温度和热流密度分布图。从图 2可以看出 , 在敷设导热胶泥后 , 工艺管管壁上的高温区域范围明显增大 , 工艺管的温度升高意味着伴热管向工艺管的传热推动力增大, 使得更多的热量从伴热管流到工艺管 。