蒸汽管道滑动支架温度及热损失有限元模拟

1 概述

随着各地工业园区的建设，蒸汽管道主干线长度由最初的3～5 km发展到30 km以上，管径也逐渐增大。一直以来，架空蒸汽管道热损失是备受关注的问题。

切缝要随时复核是否满足设计要求，包括进刀深度、切割方向、刀片与机身中心是否在同一条直线上，切缝过程中在WQF-500汽油切缝机作业的情况下，行进时每小时速度把控在47～59m为宜（不考虑辅助作业等待时）。切缝锯片选用优质合金锯片，以市面上A品牌合金锯片和B品牌普通锯片同样切割缝深60～80mm的渠道衬砌板为例，A为450元一片，可切割600m，B品牌锯片200元一片，可切割200m。优质合金锯片有更好的经济效益。

本文采用有限元方法，对架空蒸汽管道直管段(不含滑动支架)、传统滑动支架管段、隔热滑动支架管段截面温度分布及单位长度热损失进行模拟。

2 研究对象

项目位于江苏某工业园区，架空蒸汽管道的工作管外直径为820 mm，壁厚为12 mm，材质Q235B。保温层为250 mm厚超细玻璃棉。外护层为0.6 mm厚镀锌钢板。

传统滑动支架结构见图1。将U形钢质管托(厚度12 mm)直接焊接在工作管上，管托底部与滑动底板采用聚四氟乙烯滑块隔开。

材料物性参数见表1。表1中

为绝热层内外表面平均温度，单位为℃。

正因如此，在2002年光大银行推出中国第一个理财产品之后，个人理财产品逐步成为了个人投资者主要的投资方式并得到了快速发展：2007年，只有不到50家银行发售理财产品，而2017年，这一数字已经扩大了10倍多，达到了572家；2007年个人理财产品种类只有1500种，而2017年，市场上存在25.77万种个人理财产品，十年间种类扩大了171.8倍；2007年，个人理财产品募集到的资金有9000亿元，而2017年募集到的资金扩大了进193倍，达到了173.59万亿元。

将实际滑动支架进行简化，忽略管托底部以下部分。采用ANSYS Workbench软件自带的Design Modeler分别建立直管段模型、传统滑动支架管段模型、隔热滑动支架管段模型，3种模型截面见图3。对材料热导率、密度赋值，划分网格，设置外部温度和传热条件，采用稳态传热分析模型温度分布和热损失。为分析方便，3种模型长度均设定为1 m，传统滑动支架管段模型、隔热滑动支架管段模型均含1组支架，沿管道方向管托长度设为600 mm。

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在设计游戏和实践游戏的过程中老师要注意充分发挥自己的引导作用和榜样作用，老师首先要发挥自己的发散性思维，对游戏内容和游戏规则进行不断创新。在游戏进行过程中老师也要不断观察学生的兴趣倾向，多鼓励学生在游戏中释放自己的天性，在游戏结束后老师要多鼓励学生发表自己对游戏的意见和建议，然后不断改善体育游戏教学法。

3 仿真模型

3种模型截面温度分布云图分别见图4～6。由图4可知，直管段模型外护层外表面温度为23.5 ℃，保温层起到了良好隔热作用。由图5可知，传统滑动支架管段模型外护层外表面最高温度为224 ℃，位于管道下部。主要是由于管托与工作管直接焊接形成热桥。由图6可知，隔热滑动支架管段模型外护层外表面最高温度为57 ℃，位于管道下部。与传统滑动支架相比，由于隔热滑动支架管托与工作管由隔热瓦隔开，有效阻断热桥，因此外护层外表面最高温度明显下降。但由于隔热瓦热导率高于超细玻璃棉，外护层外表面最高温度仍高于直管段。

3.1 仿真模型

隔热滑动支架结构见图2。与传统滑动支架相比，隔热滑动支架不再将管托直接焊接在工作管上，而是采用隔热瓦(硬质硅酸铝，厚度为100 mm)包裹钢管，再用紧固件抱紧隔热瓦，在紧固件下部焊接管托(厚度12 mm)，管托底部与滑动底板采用聚四氟乙烯滑块隔开。

3.2 条件设定

由模拟结果可知，直管段模型、传统滑动支架管段模型、隔热滑动支架管段模型单位长度热损失分别为160.8、1 165.7、326.5 W/m。与传统滑动支架相比，隔热滑动支架的热损失降低72%。

4 模拟结果

ANSYS Workbench是大型通用有限元分析软件，在核工业、石油化工、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学等领域均有广泛应用。

对模型进行以下设定：材料为均质，传热过程没有相变。忽略轴向传热，工作管与保温层、保温层与外护层接触良好。管托底部为绝热。管内输送蒸汽温度为300 ℃，室外温度为-0.7 ℃，外护层外表面传热系数为11.63 W/(m

·K)。

5 结论

① 直管段模型外护层外表面温度为23.5 ℃，保温层起到了良好隔热作用。

② 由于管托与工作管直接焊接形成热桥，传统滑动支架管段模型外护层外表面最高温度为224 ℃。

③ 与传统滑动支架相比，隔热滑动支架管托与工作管由隔热瓦隔开，有效阻断热桥，外护层外表面最高温度明显下降，为57 ℃。隔热瓦热导率高于超细玻璃棉，外护层外表面最高温度仍高于直管段。

④ 直管段模型、传统滑动支架管段模型、隔热滑动支架管段模型单位长度热损失分别为160.8、1 165.7、326.5 W/m。与传统滑动支架相比，隔热滑动支架的热损失降低72%。