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.     

基于场协同原理的横纹管抗垢性能数值研究

基于传热传质学控制方程和Kern-Seaton污垢形成理论,构建了横纹管内基于表面化学反应理论的CaCO_3污垢热阻模型,然后根据场协同原理,运用Fluent软件对横纹管内以一定浓度的CaCO_3溶液为工质的污垢生成过程进行了数值模拟。通过改变壁温、入口流速和CaCO_3溶液浓度,模拟了不同种状态下污垢生成过程。在此过程中实时计算平均协同角和平均场协同数并对比分析污垢沉积率、剥蚀率和污垢净存速率来评价不同管型横纹管的抗垢性能。最后将模拟结果与实验数据进行了验证,验证了模拟的正确性。结果表明:较其它两管型,10-8-1型横纹管的抗垢性能较好且其更适于管内流速跨度较大的工况,达动态平衡状态时的污垢各参数值基本上不受工质中Ca~(2+)浓度的影响。     

碳酸钙结晶动力学研究

采用SPIP软件对碳酸钙垢显微图像进行分析,从微观上得出过饱和度、盐含量和pH值对碳酸钙结垢动力学的影响。实验结果表明:随着过饱和度的增加,晶核数逐渐增加,诱导期逐渐缩短,当过饱和度超过443时,结晶速率迅速增加,同时得出了诱导期与过饱和度的关系;当NaCl的质量浓度小于50g/L时,随着其浓度的增大,晶核数减少,结垢诱导期增加,当NaCl质量浓度达到50g/L时,晶核数最少,与同条件无NaCl溶液相比,碳酸钙结垢晶核数减少了66.7%;当pH值大于6时,随着pH值的增加,晶核数目迅速增加,结垢诱导期迅速缩短。     

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。     

R134a在锯齿型翅片中的沸腾换热实验研究

为设计板翅式蒸发器,采用实验方法研究不同质量流速下R134a在锯齿型翅片中的沸腾换热系数。对比Bertsch关联式计算值与实验值得到其沸腾换热系数修正式,并通过相同型面板翅式蒸发器实验对该修正式进行验证。实验结果表明:在不同入口条件下,沿流动方向,锯齿型翅片表面温度变化趋势一致,由起初较平稳状态到距入口290 mm处显著增大;在相同质量流速下,R134a在锯齿型翅片中的对流换热系数远大于平直通道;Bertsch关联式沸腾换热系数修正式计算的制冷量与实验值误差约为10%。     

碳酸钙在铜基加热表面上结垢诱导期的研究

采用显微镜摄像法对铜基加热表面上ＣａＣＯ３成垢诱导期进行了实验研究,结果表明,ＣａＣＯ３的核化速率和垢粒生长大速率的随壁面温度及成垢物质浓度的升高而增大,而化学镀镍－磷－聚四氟乙烯表面材料上的实验表明,不仅ＣａＣＯ３的成核速率降低,而且此表面上一定尺寸的污垢颗粒在剪切力作用下易于脱落,这表明表面材料特性是影响污垢诱导期的重要因素之一。     

声空化作用下城市污水在碳钢管内结垢的研究

分析管道积垢对换热器的影响,研究换热管道污垢随时间的增长特性,并分析其形成过程;探讨各种因素下声空化技术在管道中的阻垢除垢效果.实验结果表明:换热光管在第5天时结垢量开始明显增大,直到第14天左右达到稳定;相同时间条件下,流速越大结垢率越小;当流速一定,超生作用时间为50 min时,防垢率可达到50%;超生作用时间一定时,防垢率并不是一直随着流速的增大而增大.     

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。     

板式换热器冷却水污垢影响因素权重及结垢机理

通过更换BR0.015F型波纹板式换热器的不同几何参数的板片,改变冷、热水的入口温度与冷却水流量等途径,实验监测了其污垢热阻并测定了水质与运行状况特征参数,以灰色关联分析法计算了几何结构、水质、运行状况等因素对结垢的影响权重。结果表明在这些特征参数中,对结垢影响最大的为流速,最小的为溶解氧。并从流动与传热传质角度简要分析了该波纹板式换热器的几何结构要素(波纹节高比、波纹倾角)影响结垢的机理:波纹节高比的增加导致冷却水中结垢成分沉积且节点处剪切应力减小弱化了污垢剥蚀,最终结垢;波纹倾角的增大,板间流动渐变为"曲折流",故局部沉积增加,垢阻增加,而交叉成的流体漩涡会增强节点处剪切应力、增大其后流速,故节点处的污垢剥蚀加强,垢阻减小。     

波纹管阻垢性能试验研究

对波纹管和光管的阻垢性能进行了对比试验研究。结果表明 ,波纹管比光管相结垢速度慢 ,相对稳定后传热系数大 ,证明波纹管内湍流程度较高 ,周期性的轴向流速脉动明显阻碍了积垢的形成。由于波纹管具有良好的强化传热性能和防阻垢等性能 ,能满足石油化工行业管壳式换热元器件应用的需要     

椭圆齿旋流口平带传热管内自动清洗及其传热强化

介绍了一种特殊结构的旋流口椭圆齿平带的研制。平带上的每个椭圆齿都是使平带自转的流体动力结构元素,平带两侧的旋流口结构能够使管内的部分液体形成螺旋线流,因而具有近似斜齿纽带那样能够在较低流速下自转实现管内污垢在线自动清洗的宝贵性能。由于椭圆齿后的大量涡流、管内部分液体流线转变为螺旋线流股以及螺旋线流股与轴向流股分合交错这样3方面的作用,管内的对流传热强化的幅度由此远远高于光滑纽带。试验结果表明,这种平带不仅容易制造,并且综合性能好,在管内流速0.5m/s左右就可运行;管内侧的传热系数提高170%,流体阻力在一般工程许可的范围内,因此具有较高的工程应用价值。     

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。     

涡节型、酒窝型强化管管内沸腾传热特性实验

以微型Capstone C30燃气轮机排放的烟气余热为热源,研究涡节结构强化管、酒窝结构强化管和光管管内沸腾换热特性。实验结果表明：涡节型结构强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的1.6~2.1倍,管外对流传热系数约为光管的1.3~1.5倍,总传热系数约为光管的1.4~1.5倍;酒窝型强化传热管管内沸腾换热系数约为光管的2.1~2.5倍,管外对流传热系数约为光管的1.8~2.0倍,总传热系数约为光管的1.9~2.1倍。分析了涡节型强化传热管和酒窝型强化传热管较光管传热性能好的原因。     

空气横向掠过花瓣状翅片管传热强化性能研究

本文报道空气横向掠过花瓣状翅片管的传热强化实验研究结果，分析比较了七种花瓣状翅片管的传热强化机理与性能，给出了包括翅片参数在内的传热准数与流体阻力系数关联式，找出了较佳翅片参数范围。本文还比较了花瓣状翅片管与波纹状高翅片管的传热强化性能，比较结果表明，花瓣状翅片管在节省空气换热器管材消耗方面明显优于波纹状高翅片管。     

翅片管式换热器空气侧流动及换热性能的数值模拟

借助CFD软件对3种不同类型的翅片管式换热器(平直翅片、均匀波纹翅片和倾角渐增波纹翅片)的流动传热性能进行了三维数值模拟计算,得出了在不同入口风速下各流域中心面的温度场、压力场和速度场分布图,计算出各翅片表面在不同风速下的平均传热系数和阻力系数,并与相关实验数据对比,证明该数值模拟的正确性.研究结果表明,倾角渐增波纹翅片的平均努谢尔数比平直翅片的高13.8%~29.3%,比均匀波纹翅片的高5.5%~10.3%,其强化传热效果显著.     

翅片管与空气—水蒸汽混合气间传热规律研究

本文研究水蒸汽重量百分含量为10－35％的空气－水蒸汽混气纵向流过翅片管时，翅片管与空气－水蒸汽混合气间的对流传热。研究表明，由于水蒸汽在翅片面上的冷凝，翅片管与空气－水蒸汽混合气间的对流传热系数高于翅片管与干气体间的对流传热系数，并且翅片间距越大，水蒸汽冷凝使对流传热系数增加的程度越大。从理论上对实验现象做出了较好的解释，并给出子有冷凝发生时，翅片管与空气－水蒸汽混合气间对流传热系数的关联式。     

双排平直翅片管换热器换热和流动性能的三维稳态模拟

利用三维稳态模拟研究了叉排和顺排布置形式、几何尺寸和雷诺数ReD对双排平直翅片管换热器换热和流动特性的影响。研究结果表明:尾流区面积是影响换热量的主要因素,其原因是尾流区的风速很小,部分空气无法被主流带走,造成了空气和翅片间的温差很小,努塞尔数NuD接近零;顺排管换热器前排管的尾流区较宽,并与后排管的连接形成宽度为D的尾流通道,形成了比叉排管换热器大的尾流区面积,因而前者的换热效果比后者差。在几何参数中,翅片间距对换热量的影响最为显著,因为翅片间距较大时,管前和管侧会产生向下游移动的马蹄形漩涡,显著强化了换热;流动方向或垂直于流动方向的管间距的减小,会增大前排管尾流区对后排管的影响,从而恶化传热。     

单排管空冷散热器换热及阻力特性研究

通过试验及数值模拟研究了单排管空冷散热器的翅片侧流动及换热特性,获得了相对翅片间距和相对翅片高度等参数对单排管空冷散热器的翅片侧换热和阻力特性的影响规律.随着单排管空冷散热器相对翅片间距的增大,翅片侧对流换热系数和阻力随之减小;随着相对翅片高度的增大,翅片侧对流换热系数和阻力也随之减小.     

管壳式冷凝器内低螺纹管的凝结传热模型

以蒸气在垂直壁面和水平圆管上的凝结传热特性为基础，建立了蒸汽在基管，翅片及翅顶上的凝结传热模型，对影响低螺纹管传热的结构参数翅片间距，翅片夹角以及当量翅高进行了计算分析，进而建立了低螺纹管管簇的凝结传热模型，得出了低螺纹管管簇的平均冷凝传热系数与管排数和管列数之间的关系式。     

Experimental Study on Performance of Supercritical CO2 Heat Exchanger with Four Different Inner Tubes

The experiment was conducted to investigate the heat transfer performance of supercritical CO_2 in a casing heat exchanger by comparing their heat transfer,entropy production unit number,non-dimensional entropy production rate and field synergy factor.The results show that both heat transfer and entropy production unit number in four tubes decrease with water temperature increasing.Heat transfer and entropy production unit number in multiple tubes( i. e.,triple straight tube and double helix tube) is higher than their single counterparts; the non-dimensional entropy production rate increases with water temperature. Non-dimensional entropy production rate of triple straight tube and double helix tube is far below the single tube. Field synergy factor of double helix tube is much higher than that of the triple straight tube under the same condition. Further experiment was carried out in double helix tube,under various CO_2 pressure and inlet water temperature,the results are analyzed and reported in this paper.