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。     

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。     

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。     

内置转子太阳能集热管流动与传热特性的数值模拟研究

通过数值模拟方法模拟了非均匀加热工况下内置两叶片转子和低流阻转子的太阳能集热管的流动与强化传热特性,得到了集热管内的温度分布、湍动能分布、努塞尔数以及阻力系数等参数,并通过综合性能评价因子(PEC)对内置转子集热管的综合强化传热性能进行了衡量。结果表明：内置转子后,管内流体的温度分布更加均匀,并且升温速率明显提升,若控制出口温度一致,则内置两叶片转子集热管的长度相较于光管可减少46.15%;内置两叶片转子和低流阻转子集热管内的努赛尔数和阻力系数相较于光管均有明显提升,其中内置两叶片转子集热管提升幅度较大,努赛尔数和阻力系数相较于光管分别提升94%～190%和308%～449%;通过PEC对两种集热管的综合强化传热性能进行衡量,两种集热管的PEC值均大于1,内置两叶片转子集热管具有最大值1.82。     

稠油废水高倍蒸发浓缩污垢的形成和模拟

研究了稠油废水蒸发浓缩过程中污垢的形成规律.在蒸发浓缩的试验基础上,首先通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对污垢进行分析,确认污垢的晶体成分,然后据此建立3层析晶污垢的沉积模型,即由碳酸钙盐(如CaCO3)、复盐(如Na2CaSiO4,Ca8Si5O18)和硅酸盐(如Ca2SiO4)等形成的混合污垢的沉积模型.通过污垢热阻的模拟计算发现,污垢的主要组分是碳酸钙盐,其污垢热阻占总污垢热阻的91.76%;模拟结果与试验数据相吻合,说明3层析晶污垢模型可以描述稠油废水蒸发过程中的析晶结垢规律,为稠油废水蒸发过程中污垢的防治提供理论基础.     

内置转子强化管管内流体流动行为

以有机玻璃管为实验测试段,采用可视化实验手段对比分析光管及内置转子强化管管内苯甲基硅油液滴的流动状态,以及转子在转动过程中与苯甲基硅油液滴的相互作用规律。研究结果表明,光管内的苯甲基硅油液滴基本上悬浮于光管的中心轴线以下前行流动,强化管内由于粘附作用及转子旋转效果的共同影响,使得苯甲基硅油液滴几乎均处于强化管的中上部。在强化管内转子对苯甲基硅油液滴主要有两种作用,分别是苯甲基硅油液滴流经转子叶片时,转子叶片对苯甲基硅油液滴的剪切分割作用,以及转子叶片尾部边缘对苯甲基硅油液滴的螺旋扫掠作用。     

组合转子管式光生物反应器气液两相流混合特性模拟研究

通过Fluent流场分析软件对组合转子管式光生物反应器气液两相流混合特性进行模拟。以欧拉多相流模型、k-ε湍流模型为依据,分别对无内置转子光管、内置两叶片转子管、内置翼片转子管在多种倾斜角度下的速度云图、旋流数、气含率、气相速度、湍动能进行分析。结果表明：内置组合转子能够提高流体湍动程度,促进流体混合传质;翼片转子由于其特殊的结构能够显著增加管式光生物反应器中的气含率,提高气液两相间传质效果,传质效果相较于两叶片转子管和光管分别提高53.7%和26.5%;随着管路倾角由0°增大至90°,流体平均湍动能逐渐增加,内置组合转子后平均湍动能增加更加明显,与两叶片转子相比,翼片转子在0°和30°情况下混合传质效果更好。     

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。     

内插矩形翼纵向涡发生器的强化传热圆管性能分析

通过三维数值模拟,对不同倾角α下的内插矩形翼纵向涡发生器的强化传热圆管的传热、阻力及综合换热性能(PEC)进行研究,并对其流动及传热机理进行分析。结果表明:在所研究范围内,强化传热圆管的努塞尔数Nu和阻力系数f均高于光管,其努塞尔数比光管提高了68%~147.8%,阻力系数比光管提高了159.7%~1 437.9%;随倾角的增大,强化传热圆管的Nu及f持续增大,PEC值持续降低。     

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。     

高锰酸钾预氧化对有机物构型与超滤膜污染的影响

以引黄水库水为水源,基于超滤组合工艺中试装置,考察KMnO4预氧化对有机物转化和超滤膜污染的影响。研究结果表明:原水以相对分子质量大于3×103的有机物为主,亲疏水性有机物比例相当。混凝沉淀主要去除疏水性与相对分子质量大于1×105的有机物,去除率分别为13.50%和47.06%。随投加量的升高,KMnO4对相对分子质量大于1×105的有机物去除率增加,同时产生了较多相对分子质量为3×103～1×105的有机物;水中疏水性有机物随之由降低变为升高。当KMnO4投加量适量时,可以减少膜污染,当投加量过高时,则会增加膜的不可逆污染。超滤膜去除的主要是疏水性有机物,相对分子质量大于1×105和1×104～1×105的有机物分别是造成膜可逆与不可逆污染的主要因素。超滤反洗废液中主要为相对分子质量大的疏水性有机物,化学清洗废液中的Mn含量随KMnO4投加量升高而增大。     

浸没式中空纤维膜污染控制措施比较

针对浸没式中空纤维膜微滤过程中颗粒物污染膜的情况,提出采用鼓泡、反冲洗以及鼓泡和反向脉冲清洗联合使用的方法和措施来减缓或消除膜污染。实验结果表明,鼓泡的作用在于减少膜表面颗粒物的堆积,在鼓泡气量为300 mL/min的条件下,鼓泡可以使滤饼阻力减少到原来的40%。而周期性的反冲洗,如每过滤10 min反冲洗4 min条件下,使得膜内部污染阻力下降到不带反冲洗条件下的1/3。反向脉冲清洗(每过滤10 min反向脉冲清洗30 s)和鼓泡(气量为160 mL/min)的联合使用是本系统的最优膜污染控制方法,可以使滤饼阻力和膜内部污染阻力分别降低到没有任何膜污染控制措施下的10%和20%。     

在线清洗对管壳式换热器传热性能的影响

为提高除垢效率和管壳式换热器的传热性能,以一台燃气溴化锂吸收式制冷机组为研究对象,通过加装胶球在线清洗系统,研究了胶球在线清洗对吸收器和换热器传热性能的影响.结果表明,在无胶球线清洗工况下换热器污垢热阻随运行时间的增加而逐渐增大,直燃机组的性能系数(COP)随时间的增加而逐渐下降;在线清洗系统运行参数对投球率、发球泵运行时间及启停比对管壳式换热器污垢热阻有显著影响.当投球率为10％、20％和30％时,污垢热阻分别增加了32.8％、20.8％和5.7％;当运行时间分别为20 s、40 s和60 s时,污垢热阻分别增加了-20.8％、17.9％和10.7％;当启停比为1:1、1:2和1:3时,污垢热阻分别增加了16.1％、23.0％和29.0％.综合考虑运行费用和胶球的使用寿命等因素,当在线清洗系统的投球率为20％、运行60 s间隔120 s和启停比为1:2时,运行工况最佳.     

内插新型转子圆管的管内流阻和转子旋转特性

在已有螺旋转子结构的基础上,提出一种改进型转子结构,以便减小内插转子引起的阻力增加。对内插不同结构参数新型转子的管内流动阻力及转子旋转特性的实验结果表明:流速较低时新型转子即可旋转,转子转速与来流速度近似呈线性关系;转子叶片螺旋角对流动阻力及转速影响较大,正反旋向转子相间放置既可解决转子同向布置时沿流体流动方向转子转速逐渐减小的问题,又可使流阻进一步降低。通过合理选择转子结构参数,可使流动阻力比光管的仅增加2.5倍左右,远低于内插原有转子时的阻力增加。     

污泥浓度对膜生物反应器处理焦化废水的影响

为提高膜生物反应器对焦化废水的处理效果,在不同污泥质量浓度条件下进行膜生物反应器处理焦化废水实验,分析污泥质量浓度对污染物去除效果及膜污染的影响。结果表明：污泥质量浓度为4 000 mg/L左右时处理效果最佳,出水酚类质量浓度为5.88 mg/L,去除率达98.39%;NH3-N的质量浓度维持在15 mg/L,去除率为87%;COD的出水质量浓度为31 mg/L,去除率达到98.4%。污泥质量浓度在3 000～5 000 mg/L时,膜通量变化幅度较小,6 000 mg/L时膜通量急剧下降。     

粉末活性炭-超滤膜组合工艺处理二级出水的膜污染特性

采用粉末活性炭(PAC)-超滤膜(UF)组合工艺对某城市二级出水进行深度处理,研究了不同PAC投加量下组合工艺的膜渗透性能,并对其膜污染性能进行分析。研究结果发现:在最佳膜通量投加量下(PAC为10 mg/L),膜通量和不可逆膜污染阻力达到最低值;组合工艺对不同分子量的去处效果较直接超滤都有所提高,其中小分子量(3k～10 k Da和3kDa)有机物的去除率提高最大;组合工艺以滤饼层和中间堵塞模型为主,而发生完全堵塞模型的概率相对较小。投加PAC能够有效提高去除效果,降低膜污染。     

矿用光管管壳式空冷器壳侧污垢热阻的一种计算方法

本文应用流体力学和气溶胶力学的基本原理，分析了光管管壳式空气冷却器壳侧污垢的沉积机理，从理论上得出了一种估算壳侧污垢热阻的方法，该方法对设计人员和工程技术人员均有一定的参考价值。图3，表1，参5     

悬浮填料控制MBR膜污染效能研究

以聚丙烯无纺布为膜组件,向浸渍式膜生物反应器中投加软质多孔、悬浮填料处理人工废水。分析测定膜污染阻力（Rf）、滤饼层阻力（Rc）、膜通量（FLUX）、跨膜压力（TMP）及处理水浊度和CODCr的变化,研究软质悬浮填料控制膜生物反应器膜污染的效能。实验结果表明,投加软质悬浮填料能有效降低膜污染阻力、滤饼层阻力和跨膜压力,增加膜通量,有利于延缓膜污染,提高膜组件的过滤性能;MBR中投加软质悬浮填料能提高CODCr的生物去除效率,但是降低了膜组件对微小悬浮固体的截留效能,增加了出水浊度和CODCr浓度。