一种用于污垢监测的温差热阻新方法

在恒壁温条件下,在结垢过程中,管内流体温度和垢层内壁面温度逐渐降低,会引起流体与内壁面间对流传热热阻增加,因而必须对现有的计算污垢热阻的公式进行修正。综合考虑各种因素,建立了恒壁温条件下计算污垢热阻的改进模型。计算实例表明,其他条件一定时,流体进口温度越低,流量越小,则修正值和修正系数越大。随着结垢过程的进行,修正值增大,修正系数减小。在结垢的初始阶段,修正系数最大,说明应用改进公式计算的结垢诱导期较长,更接近于实际情况。     

非清洁水换热器管内振荡流动除垢性能研究

为了得到非清洁水换热管内振荡流动的除垢性能,研究了有无振荡干预下非清洁水源热泵换热器管内的流动和传热情况。建立恒热流条件下圆管内振荡流动的物理模型,针对不同工况进行数值模拟。模拟结果显示,振荡流动能够明显增大流体对于壁面的剪切力,在5Hz和10Hz情况下能够增大流体和壁面间的平均表面换热系数,1Hz情况下平均表面换热系数变化不明显。在1Hz实验工况下搭建了试验台进行实验研究,实验结果表明,实验工况条件下,振荡对于换热器管内表面换热系数的影响较小,但是剪切力的增大造成部分污垢沉积物脱落,减小了污垢热阻从而使换热器的传热系数增加了22.2%,因此振荡可以作为换热管内除垢的一种有效方式。     

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.     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合，建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组，并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解，得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数(Nu数)的表达式。结果表明，幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响；在恒热流边界条件下，幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布；而在恒壁温条件下，其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关，并且在两种边界条件下，均随着流变指数的增加而减小。     

幂律流体管内充分发展的对流换热分析

将非牛顿流体的动量方程、能量方程和幂律流体的本构方程相结合 ,建立了幂律流体管内流动和换热充分发展时的对流换热控制方程组 ,并在恒热流和恒壁温边界条件下分别对方程组进行了求解 ,得到了两种不同边界条件下的温度分布和无量纲对流换热系数 (Nu数 )的表达式。结果表明 ,幂律流体的流变指数对流体流动的影响要大于对换热的影响 ;在恒热流边界条件下 ,幂律流体的温度在管内沿轴向呈线性分布 ;而在恒壁温条件下 ,其截面平均温度沿轴向呈指数规律变化。幂律流体的无量纲对流换热系数与幂律流体的流变指数有关 ,并且在两种边界条件下 ,均随着流变指数的增加而减小     

基于热阻网络模型的铜基微通道热沉设计优化

研究表明微通道的截面形状、尺寸以及数量显著影响流体在通道中的传热性能。基于热阻网络模型和计算流体力学(CFD,computational fluid dynamics)模拟,对适用于流动沸腾散热的铜基微通道设计进行了热性能分析。根据实验和模拟计算结果,在确保微通道内热边界层发展区满足恒定壁温条件下,8个平行的尺寸为200μm高,800μm宽,10 mm长的铜基微通道阵列即可满足一般的流动沸腾应用所需要的对流散热量(如6 kW/m~2)。该微通道热沉设计可以在30 min内达到稳定,也可以在相对较短的时间内将目标系统维持在稳定的合理工作温度。此外,实验结果表明在微通道入口处的流体冲击流动可以提高微通道壁面与工作流体之间的对流换热系数,并且在很大程度上降低了壁温。     

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。     

电磁抗垢强化传热技术的热态实验研究

在自行设计的电磁抗垢实验装置上,对热态工况下低频电磁抗垢(EAF)技术进行了实验考察。结果表明,在外加交变电磁场的情况下,总传热系数及污垢热阻发生了明显的变化,实验结束时污垢热阻下降了61％。不同的电磁场频率导致不同的抗垢效果,在本实验条件下,频率为700Hz时抗垢效果最佳。其他条件不变时,污垢热阻随着水质硬度的降低而减小,且不同流体硬度时污垢热阻的变化趋势均相同。对污垢晶体扫描电镜观察表明,经交变电磁场处理过的污垢晶体结构发生了明显的变化,由致密型易结垢的霰石变为松散型不易结垢的方解石,从而达到抗垢的目的,这一结论与冷态实验研究的结论一致。     

电磁抗垢强化传热技术的热态实验研究

在自行设计的电磁抗垢实验装置上,对热态工况下低频电磁抗垢(EAF)技术进行了实验考察。结果表明,在外加交变电磁场的情况下,总传热系数及污垢热阻发生了明显的变化,实验结束时污垢热阻下降了61%。不同的电磁场频率导致不同的抗垢效果,在本实验条件下,频率为700Hz时抗垢效果最佳。其他条件不变时,污垢热阻随着水质硬度的降低而减小,且不同流体硬度时污垢热阻的变化趋势均相同。对污垢晶体扫描电镜观察表明,经交变电磁场处理过的污垢晶体结构发生了明显的变化,由致密型易结垢的霰石变为松散型不易结垢的方解石,从而达到抗垢的目的,这一结论与冷态实验研究的结论一致。     

沿垂直平面和圆管表面壁温变化时的冷凝传热

对有效高度为１．２４６米的黄铜垂直平板和高度为０．９２米的紫铜管的冷凝传热膜系数进行了实验研究． 找出了沿垂直面各点的局部传热情况．并与恒壁温的理论分析作了比较． 在变壁温下冷凝传热膜系数平均值要比恒壁温下的计算值为高．局部传热膜系数的变化也与理论推算结果不同，提出了变壁温的理论推导式．强化垂直面的冷凝传热的主要途径之一是要使沿整个壁面的热负荷能够做到均匀分布．