两种斜翅管表面碳酸钙垢初始阶段结垢特性

进行了3种强化管在不同碳酸钙溶液浓度和流速下的动态结垢实验,得到碳酸钙浓度、流速和不同管型对碳酸钙析晶垢结垢过程的影响.结果表明,碳酸钙浓度增大,使溶液中均相成核速率和所形成晶核的生长速率增大,使溶液换热表面界面的污垢晶粒浓度和成垢离子浓度均增大,前者使更多的污垢附着换热面,而后者使表面异相成核速率和生长速率增大.流速增大,使光管表面形成的晶核、污垢晶体和污垢热阻均减少,而诱导期延长;使平直和锯齿斜翅管初始成核增多,但诱导期延长,而结垢量和污垢热阻减小.平直和锯齿斜翅管在清洁状态和结垢状态下均具有比光管更大的总换热系数、更小的污垢热阻,尽管结垢量略多.在相同结垢状态下,锯齿斜翅管的结垢量和污垢热阻大于平直斜翅管的,但是,其总换热系数仍大于平直斜翅管.     

基于冯·卡门类比的强化管污垢模型及抗垢机理

对比实验研究4种强化管(波纹管、缩放管Ⅰ、缩放管Ⅱ和弧线管)和光管在相同工况(人工硬水入口温度、流速、硬度及水浴温度)下的CaCO3污垢特性。通过分析强化管污垢热阻Rf与几何参数等,基于冯.卡门类比法,以φ和ψ为强化管传热性能评价因子,ηφ和ηψ为其综合性能评价指标,构建强化管污垢数据分析模型,并逐一分析各强化管的抗垢机理。研究结果表明:波纹管因管内的二次扰流及沿轴线方向的流速周期性脉动冲刷近壁面流体,显著增强污垢剥蚀率,且不易结垢甚至实现自清洗;由于管内流体的周期性扰动削弱污垢沉积,喉部剧增的壁面剪切应力可显著增强污垢剥蚀并实现弧线管抗垢;缩放管因轴向压力梯度交替切换引发流体剧烈周期性扰动以及喉部回旋涡流双重增大污垢剥蚀率而实现抗垢。     

结垢诱导期的实验研究与理论分析

换热面结垢是一个普遍存在的问题,而结垢诱导期的长短对污垢形成过程具有重要的影响,即使在相同实验条件下,不同材料换热面的结垢诱导期仍相差较大.实验研究了铜、铝、不锈钢及渗铝钢4种不同表面能材料在多种工况下的污垢过程诱导期测试,得知材料表面能、溶液浓度、流速及温度都是影响结垢诱导期和成垢过程的主要因素.     

内置转子圆管内CaCO3污垢形成过程的数值模拟

从传热传质的角度建立了内置转子圆管内CaCO3污垢形成过程的数学模型,并进行了相应的数值模拟。计算结果表明,内置转子圆管内的温度场及浓度场都比光管均匀;同一截面处,内置转子后圆管的污垢沉积率和剥蚀率有所降低,光管热阻为内置转子圆管热阻的3～4倍;圆管的污垢沉积率、剥蚀率及热阻随入口浓度的增加而变大。     

表面增强型强化管外蒸发换热特性实验研究

介绍了表面增强型蒸发强化管,并对氟利昂制冷工质R22在该管外的沸腾换热进行了实验研究．实验通过对4根不同管型的蒸发强化管进行对比,分析了不同管型参数对管外换热系数的影响．得出结论：4根强化管的总传热系数随流速变化的趋势有所不同;1^#管和3^#管的总传热系数在实验流速范围内相差不大;4^#管的总传热系数随流速的变化曲线最为平坦;2^#管是4根管子中总传热系数随流速变化最大的一根管子．     

多试验因素耦合下MICP固化砂土的试验研究

为了优选MICP(microbial induced carbonate precipitation)固化砂土过程中的试验因素,采用中心注浆法耦合6个试验因素,以圆形硅质砂为试验材料,根据正交试验的设计原则进行了25种工况的MICP砂柱固化试验.检测了砂柱固化过程中反应前后Ca~(2+)浓度变化和固化后砂柱各部位的CaCO_3晶体含量,并采用SEM观测了砂柱内部CaCO_3晶体的微观形态.通过分析各个试验因素对Ca~(2+)利用率的影响,发现影响Ca~(2+)利用率的主要因素有菌液浓度、胶结液浓度和矿化反应时间,且菌液浓度越高,胶结液浓度越低,反应时间越长,Ca~(2+)利用率越高.菌液静置过程中存在细菌下沉现象,从而影响CaCO_3晶体的生成位置.固化砂柱内部CaCO_3晶体分布的研究结果表明,矿化生成的CaCO_3会随着砂土中的水流迁徙,浆液的流速越大,砂柱内部晶体的平均含量越高,且分布越均匀.SEM的观测结果显示,固化砂柱内部CaCO_3晶体以方解石为主,但胶结液浓度会影响晶体的尺寸大小.当胶结液浓度高于750 mmol/L时,CaCO_3晶体呈现堆叠式发展.当菌液浓度较高并且胶结液静置时间较短时,会出现球霰石的晶体形态.MICP固化砂土的强度随CaCO_3含量的增加而升高,但同时会受到晶体的分布以及大小等因素的影响.MICP固化砂土试验因素的优选结果为:菌液的OD_(600)值0.5～1.0,菌液静置时间3 h,胶结液浓度不高于500 mmol/L,浆液的流速与传输距离相关,胶结液的最优静置时间为使Ca~(2+)完全消耗.     

微生物诱导碳酸钙沉积技术中的胶结液配方试验研究

为了提高MICP加固土体的CaCO_3的产率,利用水溶液环境下的试验,通过控制营养肉汤浓度、氯化钙与尿素溶质浓度比和胶结液浓度,进行了三种因素的水溶液影响试验.测试对比了水溶液试验过程中CaCO_3生成情况、NH_4~+、Ca~(2+)变化规律等.研究结果表明:在水溶液试验中,CaCO_3生成量随溶液中营养肉汤浓度的提高而逐渐提高;高氯化钙浓度(1.0 mol/L)情况下尿素过量不利于尿素水解与CaCO_3沉积;低氯化钙浓度(0.25、0.5 mol/L)情况下尿素过量在反应后期加快反应;不同胶结液浓度对CaCO_3最终生成量没有明显影响.     

电磁作用下微生物传质建模及影响因素分析

针对电磁场强化传质和抑制微生物生长现象,基于微生物生长动力学和双电层原理,对电磁场强化传质作用机理进行了理论推导,建立了电磁场作用下微生物污垢生长模型.模型以不同水质、流体流速和管道内壁粗糙度为参数,利用Matlab软件,绘制了仿真曲线,计算出微生物污垢热阻变化趋势和电磁抑垢率.结果表明:电磁场对微生物污垢有较强的抑制作用,该模型能够准确地计算出电磁抑垢率,为电磁抑垢装置的开发和应用提供了理论依据.     

烧结型多孔管在NaCl溶液中的传热与结垢特性

采用强化传热因子、临界循环量和临界结垢浓度等分析方法,研究了烧结型白铜多孔管与白铜光滑管在NaCl溶液中的传热与结垢特性。建立了多孔管在NaCl溶液沸腾传热过程中气泡努塞尔数与气泡雷诺数、普兰特数和溶液浓度之间的关联式。结果表明:与光滑管相比,烧结型多孔管在不同浓度的溶液中都能明显提高其沸腾传热系数,最大可达到3.3倍。NaCl溶液的质量分数只要低于临界结垢质量分数,多孔管都具有抗垢性能。该关联式与实际情况相符,能较好地预测多孔管在NaCl溶液中的传热性能。     

循环冷却水粘度对电声场复合阻垢效果的影响

利用自制的电声场复合阻垢处理器,研究电声场复合作用下循环冷却水粘度变化对阻垢效果的影响.从CaCO_3水垢晶体受到的水流切向应力和水流速度流速角度,分析了电声场复合处理后,水溶液的粘度与水流速度的变化对阻垢率的影响,当流速较低时,粘度变化对阻垢率的影响占主导地位;当流速较高时,粘度变化对阻垢率的影响较小.     

HD-I型纳米诱垢剂对硫酸钡垢形成的影响

研究了HD-I型纳米诱垢剂对硫酸钡垢形成的影响．首先,通过改变诱垢剂的加量、Ba^2＋浓度以及实验温度,考察了该诱垢剂对硫酸钡垢形成过程中诱垢性能的影响,结果表明：（1）当钡盐浓度为98．25mg／L时,加入4mg／L的诱垢剂可使结垢率达到最优;（2）结垢率达到最优时所需诱垢剂的量随Ba^2＋浓度的增大而减少;（3）该诱垢剂具有很好的抗温性．另外,采用浊度分析、X-射线粉末衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了该诱垢剂对生成的BaSO4沉淀粉末的密度、晶型结构、微粒形貌和颗粒大小的影响．结果表明：诱垢剂的加入,使生成的沉淀晶体发生了晶格畸变,沉淀变得疏松,沉淀密度和颗粒粒径均明显减小．最后,对该诱垢剂的诱垢机理进行了理论解释．     

HD-Ⅰ型纳米诱垢剂对硫酸钡垢形成的影响

研究了HD-Ⅰ型纳米诱垢剂对硫酸钡垢形成的影响. 首先,通过改变诱垢剂的加量、Ba2+浓度以及实验温度,考察了该诱垢剂对硫酸钡垢形成过程中诱垢性能的影响,结果表明:(1) 当钡盐浓度为98.25 mg/L时,加入4mg/L的诱垢剂可使结垢率达到最优;(2) 结垢率达到最优时所需诱垢剂的量随Ba2+浓度的增大而减少;(3) 该诱垢剂具有很好的抗温性. 另外,采用浊度分析、X-射线粉末衍射(XRD) 和扫描电子显微镜(SEM) 研究了该诱垢剂对生成的BaSO4沉淀粉末的密度、晶型结构、微粒形貌和颗粒大小的影响. 结果表明:诱垢剂的加入,使生成的沉淀晶体发生了晶格畸变,沉淀变得疏松,沉淀密度和颗粒粒径均明显减小. 最后,对该诱垢剂的诱垢机理进行了理论解释.     

场协同原理强化管外降膜吸收传热特性实验研究

对基于场协同原理设计的两种强化传热管型进行了LiBr降膜吸收水蒸气过程的传热实验研究,并与光滑铜管作比较,考查该传热管型在吸收过程中的强化作用.实验测量参数包括;溶液进出口温度、浓度,流量,冷却水进出口温度、流量等.实验结果表明,两种强化传热管型在低雷诺数时对LiBr降膜吸收传热的强化比分别为20%和50%,而且随着雷诺数的增大而增大.利用场协同理论和降液膜流动的波动特性分析了强化降膜吸收过程传热特性的物理机制,发现速度矢量与温度梯度的夹角及降液膜厚度形成的阻力对对流换热有一定影响.     

苯扎氯铵与次氯酸钠对微生物污垢的抑制效果

城市再生水中含有的细菌等杂质会在再生水源热泵系统的换热表面形成微生物污垢,影响系统的运行效率与安全性能.化学清洗是去除微生物污垢的常用手段,而苯扎氯铵与次氯酸钠是两种常见的杀菌剂.本研究通过向过滤水中加入菌液、葡萄糖等配置人工再生水,进行旋转挂片实验,流动条件下在挂片表面生成微生物污垢,并每天利用不同浓度的苯扎氯铵与次氯酸钠溶液浸泡污垢10min,随后利用精密天平、CLSM、SEM等多种检测方式考察两种杀菌剂的抑垢效果.结果表明,两种杀菌剂均能杀灭微生物污垢内绝大部分细菌,并显著抑制污垢的生长,而且该作用随杀菌剂浓度的上升而增强,但两种杀菌剂的杀菌机理存在不同.     

城镇二级出水换热表面混合污垢的成分及形貌

城镇二级出水中的致垢成分将导致热能回用过程中污垢的生成。该文在热泵工况下对二级出水在板式换热器内形成的污垢进行了成分及形貌的研究。实验结果表明:热泵工况下,二级出水在板式换热器内形成的污垢是以微生物污垢为主的混合污垢;污垢特性与二级出水的致垢成分存在密切关联;混合污垢表层结构呈空间网状,微生物及其胞外聚合物大量捕获水体中的无机悬浮物,无机悬浮物同时构成了微生物生长繁殖的节点。上述结果为城镇二级出水的热能回用提供必要的基础数据。     

城镇二级出水换热表面混合污垢的成分及形貌

城镇二级出水中的致垢成分将导致热能回用过程中污垢的生成。该文在热泵工况下对二级出水在板式换热器内形成的污垢进行了成分及形貌的研究。实验结果表明:热泵工况下,二级出水在板式换热器内形成的污垢是以微生物污垢为主的混合污垢;污垢特性与二级出水的致垢成分存在密切关联;混合污垢表层结构呈空间网状,微生物及其胞外聚合物大量捕获水体中的无机悬浮物,无机悬浮物同时构成了微生物生长繁殖的节点。上述结果为城镇二级出水的热能回用提供必要的基础数据。     

日光温室热湿环境作用下土壤-空气换热器动态换热特性的试验研究

针对土壤-空气换热器空气降温运行时的换热特性进行了试验研究,分析了入口空气温度和换热管长度对土壤-空气换热器出口空气温度和单位管长换热量的影响;并结合空气在换热管内的降温数据,采用非线性回归方法建立了换热管出口空气温度与入口空气温湿度、换热管长度、管内空气平均流速的函数关系式;并验证了其准确性。试验结果表明,换热管越长,管内流速越低时,出口空气温度越小,波动幅度也越小;土壤-空气换热器进出口空气温差与入口空气流速成反比,而单位管长换热量与入口空气流速成正比。当管内空气平均流速从4.5 m/s降至0.5 m/s时,进出口空气温差从3.97℃升至6.18℃,而单位管长换热量从11.59 W/m减至1.79 W/m。从增强土壤-空气换热器整体换热性能的角度考虑,管内最佳空气平均流速为5.9 m/s。研究结果对于土壤-空气换热器的结构设计优化和换热性能提高具有重要的理论和实际意义。     

聚天冬氨酸/氨基乙醛缩二乙醇的合成及其阻垢分散性能

以马来酸酐、尿素、氨基乙醛缩二乙醇(AED)为原料,制备了聚天冬氨酸/氨基乙醛缩二乙醇(PASP/AED)接枝共聚物,并通过~1H NMR表征了其结构,采用静态阻垢法对其综合阻垢性能予以考察.结果表明接枝物对高硬度、高磷和高温水体系的适应性较PASP有较大提高,当接枝物浓度为0.75、4和8mg/L时,其对应的阻CaCO_3、CaSO_4和Ca_3(PO_4)_2垢率均高达100%.SEM和XRD分析表明接枝物的应用可使钙垢晶体发生畸变,破坏垢晶体正常生长.同时接枝物对氧化铁也有较好的分散能力,当接枝物浓度为50mg/L时,溶液的透光率可降低至61%左右.     

组合转子阻垢特性的实验研究

针对在换热器运行中起强化传热与自清洁作用的内插件组合转子进行了实验研究。实验测得光管、内置螺旋两叶片开槽转子和螺旋纽带的换热管内单位面积污垢沉积量随时间的变化趋势,并得出内置组合转子换热管在不同流速和不同水浴温度下的阻垢特性。实验结果表明：相较于光管,螺旋两叶片开槽转子与螺旋纽带都具有较好的阻垢特性,而螺旋两叶片开槽转子阻垢性能更优,污垢渐近值为螺旋纽带的72%;随着流速的增加,内置组合转子换热管内污垢渐近值减小,且达到渐近值所需时间延长,阻垢性能增强;水浴温度的提高使污垢渐近值增大,达到渐近值所需时间缩短,阻垢性能减弱。     

超声场-静电场协同防垢机理

使用自行设计的超声场-静电场协同防垢实验装置进行模拟蒸发实验,正交实验结果表明,在声强0.53W/cm^2、场强32kV/m时有很好的协同效果,防垢率为78.46%.碘释放法研究表明,在静电场中,超声空化增强.经过超声场处理后,过饱和溶液吸收超声空化产生的微观能量,缩短了CaCO3晶体的成核诱导期,加速了晶核的生成,使晶体稳定于文石的形态,悬浮于溶液中,不易沉积,达到防垢目的.