螺旋管各方面技术优越性分析

 螺旋管，这个名词看上去与人们毫无关系，在人们眼中也许只是一个不起眼的名词。但是通过本文你就会知道螺旋管对人们的生产生活有着多么大的联系。所以对螺旋管的研究是非常值得的。

螺旋管优越的结构特性决定了它在动力、化工、石油及核工业等领域日益得到广泛应用。螺旋管技术研究已涉及到流型研究，压降特性研究，强化传热研究等诸方面[1]。
螺旋管技术在传热、混合等化工的许多领域得到非常广泛的应用，获得了很好的效果。但是螺旋管技术在传质分离方面的应用到现在为止还比较少。近年来，有许多研究者[2][3]将螺旋管技术运用于微滤、纳滤、渗透以及膜蒸馏等中空纤维膜传质分离过程，都取得了良好的效果这是因为螺旋管可以在管道内部形成与管的轴向垂直的二次流动，这种二次流动与轴向主流复合成螺旋式的前进运动这样对于流体的层流传质，它不仅仅依靠流体的径向扩散，还有径向二次流的作用，相当于将边界层进行了破坏，更新传质表面．增强了流体在层流运动时的混合，提高传质效果．螺旋管也会改进管外流型，即壳层流动的流型．增加管外液体的径向混合，减少壳程的沟流和死区，同时由于接近错流，纤维的传质表面不断更新，壳程的传质系数会进一步增大[4]。螺旋管的通用优越性就在于此。但是它在许多的实际应用方面还有其他的特殊作用。

1 各应用方面的优越性
根据螺旋管结构做的螺旋管换热器具有结构坚固、适应性强、选材范围广、易于制造、生产成本低等优点，被广泛用于制冷与空调、化工、医药等行业[5]。
原来中压参数锅炉蒸汽参数的控制多使用面式减温器，由于原设计套管面式减温器调温幅度有限，保持过热蒸汽温度，往往成为锅炉燃料变化、运行方式变化的制约因素。为增大面式减温器的调温幅度，哈尔滨新富华燃烧工程公司设计了FH型螺旋管减温器，又称盘香管减温器[6]。这样就能很好的减温。
PVC—C单壁螺旋管，不仅具备极高的品质如更高的阻燃性，更高的维卡温度，更高的体
积电阻率，更高的强度，更小的摩擦系数。同时还具备弯曲、盘管的功能，不仅大大方便贮存、运输、堆放、施工。还因大大减少接头数量：lkm直管的接头是166个，而PVC—C螺旋管接头仅1O个。不仅节省检查、接头费用，还可以大大提高埋地电力管的安全可靠性[7]。而且该管材单位质量较轻，施工方便，所以综合造价也并不高。
超临界锅炉具有科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少等突出特点。超临界锅炉水冷壁制造难点主要集中在水冷壁中部管屏，其中侧水冷壁中部屏的制造更是整个水冷壁系统的关键[8]。它就是利用螺旋管的原理做的一个螺旋管屏。
    根据螺旋管性质做的HDPE塑料螺旋管，具有质地轻、强度高、韧性好、易敷设、水阻小、成本低、耐腐蚀等优点，其使用性能和经济效益远超过钢筋混凝土管和普通规格铁管，是工程管材的更新换代产品[9]。
在冶金、石化等行业换热设计中，有多种形式的换热器，但因常规的换热器存在换热效果不好、不易清洗、污垢热阻大等较多的弊端，已不能满足生产客户的需要。而根据螺旋管结喉做的螺旋管式换热器以其良好的换热效果、易于清洗、污垢热阻小、结构紧凑等优点[10]。所以逐步被推广应用。
哈尔滨螺旋管厂生产的产品一常熟600 MW 超临界锅炉中的炉膛水冷壁就是采用螺旋管圈形式[11]。即由管屏螺旋上升围成炉膛，炉膛截面尺寸为15632×22187 ITIITI。该水冷壁由64片管屏组合而成，单片管屏尺寸不同。
塑料螺旋管(也称为中空壁缠绕塑料管)是一种管壁结构非常合理的塑料管。整体采用螺旋式结构。在用于城市排水工程中，可提高设施的排水能力(或缩小管径)和工程使用寿命，方便施工，缩短工期，当地下水位高、埋深大或需要挖掘和修复高级路面时，工程造价明显地降低[12]。
螺旋管具有许多优于直管的换热特性和结构特征。传热系数比直管高，在相同空间里可得到更大的传热面积，布置更长的管道，减少了焊缝，提高了安全性[13]。所以螺旋管换热器和蒸汽发生器在动力、化工、宇航及核能等工程领域得到了广泛应用。
大型塑料螺旋管是用聚氯乙烯(UPVC)或高密聚乙烯混合炭黑(HDPE)采用热压法形成带“T”形肋的板材。然后在卷管机上卷割成螺旋管。通过快速锁定机械连接方式的同时，施用粘合剂或熔融聚氯乙烯加固成型的塑料螺旋管。它具有管径大、抗腐蚀能力强、防渗漏效果好、施工快捷等特点[14]。
另外还有根据螺旋管性质做的PVC—U中空内螺旋管[15]等。由此可见，螺旋管技术已经在当今社会的许多领域内有着广泛的应用。

2  MALTAB的三维图形工具
三维图形比二维图形具有更强的数据表现能力。MTLAB提供了许多关于显示三维数据的函数，它们可在三维空间中绘制曲线，也可以绘制曲面[16]。
基本的三维图形函数plot3，它是将二维绘图函数plot的有关功能扩展到三维空间，用来绘制三维曲线。plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：
plot3（x1,x2,z2,选项1，x2，y2，z2，选项2，。。。xn，yn，zn，选项n）
其中每一组x,y,z组成了一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，x,y,z则对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵的列数。
三维曲面的函数
MATLAB提供了mesh(x,y,z,c)  surf(x,y,z,c)两个函数
一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同的高度下的颜色范围。c省略时，MATLAB认为c=z，即颜色的设定是正比于图形的高度的，这样就可以得出层次分明的三维图形。当x，y省略时，把z矩阵的列下标当作x轴坐标，把z矩阵的行下标当作y轴坐标，然后绘制三维曲面图。当x，y向量元素的组合构成网格点的x，y坐标，z坐标则取自z矩阵，然后绘制三维曲面图。此外，还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz，其用法与mesh类似，不同的是meshc还在x,y平面上绘制曲面在z轴方向的等高线，meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。
MATLAB也提供了一些函数用于绘制标准三维曲面，还可以利用这些函数产生相应的绘图数据，常用于三维图形的演示。例如：sphere函数和cylinder函数分别用于绘制三维球面和柱面。Sphere函数的调用格式为：
[x,y,z]=sphere(n)
该函数将产生(n+1)*(n+1)矩阵x，y，z，采用这三个矩阵可以绘制出圆心位于原点、半径为1的单位球体。若在调用该函数时不带输出参数，则直接绘制所需球面。N决定了球面的圆滑程度，其缺省值为20。若n值取得较小，则将绘制出多面体表面图。
cylinder函数的调用格式为：
[x,y,z]=cylinder(R,n)
其中R是一个向量，存放柱面各个等间隔高度上的半径，n表示在圆柱圆周上有n个间隔点，缺省时表示有20个间隔点。生成的矩阵的大小与R向量的长度及n有关。
MATLAB还有一个peaks函数，称为多峰函数，常用于三维曲面的演示。该函数可以用来生成绘图数据矩阵，矩阵元素由函数：
 
在三维图形的绘制中，还可以把二维的条形图，杆图，饼图和填充图等特殊图形应用到三维中。
bar3(y)  y的每一个元素对应于一个条形图。
bar3(y) 在x指定的位置上绘制y中元素的条形图。
stem3(z)  将数据序列z表示为从xy平面向上延伸的杆图，x和y自动生成。
stem3(x,y,z)  在x和y指定的位置上绘制数据序列z的杆图，x，y，z的维数必须相同。
pie3(x) 其中x为向量，用x中的数据绘制一个三维饼图。
fill3(x,y,z,c) 使用x，y，z作为多边形的顶点，而c指定了填充的颜色。
应用举例：
绘制三维图形
1． 魔方阵的三维条形图 
2  以三维杆图形式绘制曲线y=2sin(x) 
3 已知x=[2347,1827,3025]，绘制饼图
4 用随机的顶点坐标值画出五个黄色三角形
subplot(2,2,1);                        
bar3(magic(4))
subplot(2,2,2);
y=2*sin(0:pi/10:2*pi);
stem3(y);
subplot(2,2,3);
pie3([2346,1831,2042,3030]);
subplot(2,2,4);
fill3(rand(3,5),rand(3,5),rand(3,5), 'y')