發(fā)布時(shí)間：2020-11-23 20:33

　　 污垢是影響能源利用率的主要因素之一,研究污垢的形成過(guò)程和生長(zhǎng)機(jī)理,可有效提高能源的轉(zhuǎn)化效率,緩解能源危機(jī),有利于節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境。本文采用實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬兩種手段,探索了碳酸鈣結(jié)晶污垢在換熱壁面上的生長(zhǎng)及其對(duì)傳熱的影響,觀測(cè)了不同生長(zhǎng)階段碳酸鈣結(jié)晶污垢在換熱壁面上的形貌、大小及其分布特征,分析了碳酸鈣污垢在換熱表面上的生長(zhǎng)規(guī)律。實(shí)驗(yàn)研究以套管換熱器的管程作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,選取316L不銹鋼圓管作為試驗(yàn)管,工質(zhì)是100 mg/L的碳酸鈣溶液,工質(zhì)進(jìn)口溫度為55±0.5℃,熱水入口溫度為77±0.5℃,管內(nèi)流速為0.13 m/s(Re=1800)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明總傳熱系數(shù)隨時(shí)間的變化呈先增大后減小再增大的變化趨勢(shì),污垢熱阻的變化規(guī)律則恰好相反;熱阻在整個(gè)結(jié)垢過(guò)程可分正熱阻區(qū)、負(fù)熱阻區(qū)、污垢漸進(jìn)生長(zhǎng)區(qū)三個(gè)區(qū)域;晶體的數(shù)量、大小隨著時(shí)間的增加逐漸增大,直至晶體完全覆蓋換熱面;在污垢漸進(jìn)生長(zhǎng)區(qū),污垢層表面會(huì)發(fā)生二次成核,結(jié)垢速率迅速增大,而剝蝕率隨時(shí)間緩慢增大,沉積量和剝蝕量最終會(huì)達(dá)成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡,污垢熱阻呈漸近線型變化;在結(jié)垢過(guò)程中,晶型由起初的不穩(wěn)定的顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定的方解石狀。根據(jù)結(jié)晶污垢在換熱壁面上的分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果,建立物理模型和數(shù)學(xué)模型,研究管內(nèi)碳酸鈣污垢對(duì)傳熱特性的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明:晶體的出現(xiàn)增大了流體的擾動(dòng),強(qiáng)化了對(duì)流換熱過(guò)程;晶體尺寸越大,擾流作用越大,對(duì)換熱的強(qiáng)化效果也越明顯;同時(shí),晶體是熱的不良導(dǎo)體,阻礙熱量的傳遞,隨著晶體尺寸的增大,晶體占的管壁面積增大,阻礙作用逐漸增強(qiáng);模擬所得Nu/Nu_0隨時(shí)間的變化與實(shí)驗(yàn)測(cè)得K/K_0隨時(shí)間變化的規(guī)律相同。
【學(xué)位單位】：
【部分圖文】：

沉積率隨著硫酸鈣溶液濃度的增大而增大，凈沉積l[42]發(fā)現(xiàn)結(jié)垢過(guò)程中努塞爾數(shù)隨導(dǎo)熱率呈漸近線變化，普朗特?cái)?shù)對(duì)垢層表面的溫度有顯著影響；朱芬[43]數(shù)值模擬了汽液兩相流中的對(duì)傳熱有極大的阻礙作用，換熱面上污垢的沉積大幅度降低了[44]對(duì)傳熱面上碳酸鈣污垢的結(jié)晶結(jié)垢過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值研究，文中新型組合；張艾萍[45]用數(shù)值分析方法研究了強(qiáng)化管內(nèi)的結(jié)垢過(guò)程越大，兩種管內(nèi)碳酸鈣污垢的沉積率、熱阻和剝蝕率越大，且強(qiáng)對(duì)傳熱影響機(jī)理研究現(xiàn)，當(dāng)循環(huán)溶液流經(jīng)換熱面時(shí)，換熱面上的污垢熱阻變化規(guī)律主1.1 所示。其中，1 為線性增長(zhǎng)型；2 為降率型；3 為冪律型；4 為，得到的變化曲線，一般并不如上述曲線 1 至 4 那樣光滑，而是曲線。同時(shí)，有些實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)從一開始就有污垢熱阻出現(xiàn)，而時(shí)間之后才有污垢熱阻出現(xiàn)，這段時(shí)間叫作粗糙度誘導(dǎo)期。

2 結(jié)垢實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹及數(shù)據(jù)分析在研究換熱面上的結(jié)垢過(guò)程時(shí)，通常采用實(shí)驗(yàn)研究的方法。實(shí)驗(yàn)研究是指在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬換熱設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)行工況，通過(guò)改變一些可控過(guò)程參數(shù)，如流速、循環(huán)工質(zhì)的濃度、溫度、換熱表面粗糙度等，加快污垢的形成進(jìn)而縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高污垢研究的效率。為了研究 CaCO3污垢在的生長(zhǎng)規(guī)律及晶體的生長(zhǎng)過(guò)程，本文設(shè)計(jì)了污垢的沉積實(shí)驗(yàn)裝置。2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)簡(jiǎn)介2.1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹本實(shí)驗(yàn)臺(tái)由三套獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)共同組成，分別是循環(huán)溶液系統(tǒng)、循環(huán)加熱系統(tǒng)和循環(huán)冷卻系統(tǒng)，如圖 2.1 所示。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的硬件組成部分主要有：實(shí)驗(yàn)測(cè)試管、電加熱恒溫水箱、溫控儀、冷卻水箱、循環(huán)冷卻水泵、循環(huán)熱水泵、溶液桶、冷卻水箱、攪拌器、溫度傳感器、電腦、數(shù)據(jù)采集器、流量計(jì)、蠕動(dòng)泵等。

蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文電加熱恒溫水箱的大小為 54 cm×37 cm×34 cm，水箱內(nèi)壁選用不銹鋼材質(zhì)，防止水箱內(nèi)壁生銹。在水箱底部對(duì)稱布置兩個(gè)加熱器，作為恒溫水箱的熱源。在水箱內(nèi)布置一個(gè)溫度傳感器，溫度控制系統(tǒng)通過(guò)接收傳感器的反饋信息調(diào)節(jié)加熱器的功率，使水箱內(nèi)的溫度保持恒定，電加熱恒溫水箱如圖 2.2 所示：
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