板式换热器黏液形成菌与CaCO_3混合污垢实验

为了探究黏液形成菌(SFB)与CaCO_3混合污垢在板式换热器(PHEs)中的成垢规律,对不同浓度的CaCO_3与黏液形成菌混合进行了实验研究。结果表明:混合污垢中,黏液形成菌微生物污垢占成垢的主要地位。微生物污垢的热阻渐近值最大,混合污垢的热阻渐近值介于微生物污垢的热阻渐近值和CaCO_3污垢热阻渐近值之间,CaCO_3污垢热阻渐近值最小。这不同于以往得到的混合污垢之间相互促进的结论,说明CaCO_3对黏液形成菌存在抑制作用。维持其他条件不变,随着CaCO_3浓度的增大,混合污垢热阻值随之减小。反之,随着黏液形成菌浓度的增大,混合污垢热阻值随之增大。     

板式换热器混合微生物污垢特性的实验研究

为探讨铁细菌与黏液形成菌混合微生物污垢的结垢特性,进而为微生物污垢阻垢和抑垢的研究打下基础。本文以微生物污垢中最常见的铁细菌和黏液形成菌为研究对象,实验研究了板式换热器中两种细菌在形成混合微生物污垢时相互协同抑制的关系以及不同工况下的结垢特性。结果表明,微生物污垢存在明显诱导期,铁细菌的污垢热阻渐近值约为2×10^-4m²·K/W,黏液形成菌的污垢热阻渐近值约为1.2×10^-4m²·K/W,铁细菌相比黏液形成菌有较强的致垢能力,1∶1比例混合菌的热阻值介于二者之间;无论哪种细菌量占据主导时,它们之间的互相协同作用会促使混合污垢的致垢能力增强。30℃时混合菌的热阻渐近值低于35℃时的情况,达到渐近值的时间约为35℃时的2倍;流速对混合菌污垢特性的影响明显,流速为0.1m/s时的污垢热阻渐近值约为0.15m/s时的2倍,达到渐近值的时间约为0.15m/s时的2.7倍。     

丁胞型圆管CaSO4的污垢特性

建立了丁胞管物理模型,采用标准k-ε方程和SIMPLE算法,研究了丁胞管内CaSO₄流体的污垢特性,分析了结构与运行工况对丁胞管内CaSO₄污垢特性的影响。结果表明,丁胞的顺排叉排对于污垢热阻渐进值影响极小。高Reynolds数时,与光管的污垢热阻相比,丁胞的存在会减小污垢热阻值;而在低Reynolds数时,相对深度较小的丁胞反而会增大污垢热阻值。丁胞的相对深度与丁胞的相对密度对于污垢热阻值均有较大的影响,在丁胞深度为0.8时,丁胞管的抑垢效率为1.150。在丁胞的相对密度为5.30时,其抑垢效率为0.730。丁胞管抑垢率随着进口流速增长而增大,随着工质浓度增长而减小,随着壁面温度的增长而减小。     

不锈钢缩放管中典型致垢微生物致垢能力

以电厂循环冷却塔塔底黏泥中分离纯化出的3种致垢微生物铁细菌（IB）、硫酸盐还原菌（SRB）、黏液形成菌（HB）为实验菌种,利用污垢热阻动态模拟实验台,在恒定工况下（水温30 ℃,流速0.4 m/s）,动态模拟了3种致垢菌及其混合菌的微生物污垢形成过程。实验测得了3种致垢菌和混合菌的污垢热阻,并对垢样成分进行了ICP-MS和阴离子分析。结果表明：污垢诱导期分别为28 h、45 h、70 h和18 h;污垢热阻渐近值为2 10?4 m2?K/W、1.75 10?4 m2?K/W、1.45 10?4 m2?K/W和4.9 10?4 m2?K/W。由此表明致垢菌的致垢能力大小为：混合菌＞IB＞SRB＞HB。垢样成分分析结果表明：IB垢样成分分析中Fe、C和NO3?含量较多,而重金属离子及Cl?含量较少,说明其具有较强的致垢能力而腐蚀能力较弱;SRB垢样分析显示,S、Fe及Cl?相对较高,且重金属Ni、Cr含量较多,说明其致垢的同时具有较强的腐蚀特性;HB形成的污垢主要以C、N及NO3?为主,且含有一定量的Cl?,表明此菌也具有一定的腐蚀性质。     

热泵工况下竖直不锈钢表面微生物污垢动态生长行为

城镇二级出水所含致垢微生物将导致其热能回用过程中在换热面上形成以微生物污垢为主的混合污垢,影响换热、流动效率。以可控微生物种类及浓度的模拟二级出水为介质,对典型热泵供暖、制冷工况下微生物污垢在模拟板式换热器的竖直不锈钢壁面上的形成过程进行了研究,关注起始阶段垢层微观结构演变与宏观垢量生长特性,并考查了流速、菌浓度对成垢过程的影响。实验表明：垢层微观结构演变与宏观垢量增长存在同步关系,污垢生长速率对应于微观结构演变;流速对于成垢过程影响呈非单调性;菌浓度低至10³ CFU·ml^-1（CFU,菌落形成数）时成垢量可忽略。实验结果可指导除垢时间点的选择及改进抑垢、除垢方法。     

微米颗粒污垢特性的数值模拟

通过分析微米级颗粒污垢的特性研究了其在圆管内的沉积过程。首次将雷诺应力方程、拉格朗日方程与相关经验公式相结合建立颗粒污垢沉积和剥蚀的数值模型,用来计算颗粒污垢热阻。以20μm氧化镁颗粒为例,计算结果与实验污垢热阻值吻合良好。结果表明:随着流速的增加,污垢热阻渐近值有所降低;随着颗粒浓度的增加,结垢速率加快,污垢热阻渐近值明显增大;污垢热阻渐近值随管段入口温度的升高而降低。     

圆筒电极抑制换热表面CaCO3污垢沉积特性研究

将一圆筒柱面电极布置在换热器入口管道处,并与高压电源正极连接,研究圆筒电极形成的非匀强电场对实验段换热表面CaCO₃污垢沉积的影响。作为对比,同时分析了平行板电极（匀强电场）作用下CaCO₃污垢沉积行为。结果表明,施加平行电极与圆筒电极均可抑制换热表面CaCO₃污垢的沉积,抑垢率随施加电压（0~5000 V）的增加呈现先升高后降低的变化趋势。当施加平行电极时,最佳抑垢电压值为1000 V,最佳抑垢率为 73.27%。当施加圆筒电极时,最佳抑垢电压为500 V,最佳抑垢率为83%。因此,施加圆筒电极具有更好的抑垢效果,同时最佳抑垢电压更低,可降低电的消耗。此外,在无电场作用时,换热表面CaCO₃晶体主要为树枝状文石结构,当施加圆筒或平行电极时,CaCO₃晶体主要为块状方解石结构。     

两种阴离子对析晶污垢沉积的影响

为研究循环水中离子对析晶污垢沉积特性的影响, 实验研究了循环水中不同阴离子对换热管内污垢特性的影响。考察了工质流速、入口温度、工质浓度以及溶液内阴离子浓度对污垢沉积的影响。结果表明含有硝酸根离子循环水的污垢热阻高于氯离子的污垢热阻, 并且两种循环水形成污垢热阻的差距随入口温度、管内流速和CaSO₄浓度发生变化。伴随阴离子浓度升高, 污垢热阻渐近值逐渐变大。硝酸根对热阻提升的影响大于氯离子对热阻的影响。     

Ca~(2+)环境下板式换热器微生物污垢特性

为了研究Ca2+环境下微生物的污垢特性,通过人工配比方法加入Ca Cl2与铁细菌,对板式换热器循环冷却水系统在不同温度、速度和铁细菌浓度下的污垢特性进行了实验研究。结果表明:在Ca2+环境下污垢热阻高于纯铁细菌污垢热阻,且温度越高污垢热阻渐近值越小,流体速度越大污垢热阻渐近值越小,铁细菌浓度越大污垢热阻渐近值越大。     

板式换热器铁细菌生物污垢特性的实验分析

为探讨铁细菌在板式换热器里的污垢规律,对不同流速、温度及浓度下铁细菌在板式换热器内的污垢特性进行了实验研究。结果表明：随着流速的增加,铁细菌的污垢热阻渐近值逐渐减小;随着温度的升高,铁细菌的结垢诱导期明显缩短,结垢速率加快,污垢热阻的渐近值呈减小的趋势;而随着浓度的增加,污垢热阻值呈现明显的增长。     

复合改性表面抑制颗粒污垢积聚特性分析

换热设备颗粒污垢一般指悬浮在流体中的固体颗粒在换热面上的积聚。开发了一种Ni-P-TiO₂防垢型复合改性表面,并将之用于板式换热器抑制纳米MgO颗粒污垢在换热表面的积聚。基于搭建的板式换热器颗粒污垢热阻动态监测实验系统,研究了不同冷却水流速(0.1~0.3 m/s)、入口温度(30~40℃)及纳米MgO浓度(100~400 mg/L)对Ni-P-TiO₂复合改性换热表面抑垢特性的影响。结果表明,随着流速的增加,污垢热阻渐近值减小了27.85%~34.41%;随着冷却水入口温度的升高,污垢热阻渐近值减小了25.15%~39.14%;随着MgO颗粒浓度的增加,热阻渐近值减小了26.15%~45.36%。结合Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能分析了其表面的抑垢性能,发现制备的Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能与纳米MgO颗粒污垢层的表面能相接近,符合Zhao提出的“最优表面能”抑垢理论。与常规板式换热器不锈钢表面相比,Ni-P-TiO₂复合改性表面不仅抑制了颗粒污垢的积聚,还降低了颗粒污垢的固着强度,使得积聚其上的颗粒污垢更容易被剥离换热表面,实现了换热表面持久高效抑垢。     

强制对流传热的换热表面结垢特性实验研究

An experimental study was conducted to investigate the fouling process of calcium carbonate on the heat transfer surface, during forced convective heat transfer. The dynamic monitoring apparatus of fouling resistance was set up for the present experiments. The fouling behavio（s were examined under different factors including fluid velocity, hardness,alkalinity, solution temperature, and wall temperature. Asymptotic fouling curves varying with time were obtained. The fouling rate and asymptotic fouling resistance increased and the induction periods were shortened with the fluid velocity decreasing, hardness andalkalinity increasing, and solution temperature and heat transfer surface temperature increasing. Thecomponents of fouling that formed on the heat transfer surface included crystallization fouling and particulate fouling. The thermal performance parameter of fouling,ρfhf, varied from 380 to 2600 kg·W·（m^4·K）^-1, increasing with growing velocity and decreasing solution temperature, hardness or alkalinity. Furthermore, the thermal conductivity of fouling, λf, varied from 1.7 to 2.2 W·（m·K）^-1 .     

电磁场对换热表面CaCO3结垢行为及其形态影响的实验研究

基于水处理技术抑垢及缓蚀效果在线监测实验台,进行了换热器表面污垢在电磁处理下生长特性的半工业性实验研究。通过污垢热阻的在线监测跟踪换热器表面碳酸钙的结垢过程。利用Quanta 200扫描电子显微镜及X'Pert Pro X射线衍射仪对污垢样本的晶型、晶貌进行了定性和定量分析,表述了电磁场对碳酸钙晶型及晶貌的影响。实验结果表明:电磁场能降低换热器表面的结垢速率,垢样中方解石质量分数由100%降低为40.55%,文石质量分数增加为59.45%。     

高盐海水中盐度对污垢沉积特性的影响

污垢沉积过程十分复杂。管材的种类、海水的成分、盐度和温度等因素都会影响污垢的沉积特性。选用人工海水为工质,在温度为80℃,盐度为6%、8%和10%时,对静态条件下铜管和钛管表面污垢的沉积特性进行对比研究。通过实验得出,金属表面污垢质量增量在盐度为8%时最大。钛管表面污垢主要以片状的Mg(OH)₂和少量的CaCO₃为主,而铜管表面的Mg(OH)₂晶体成团聚形态,并且表面附着大量的方解石CaCO₃和少量的文石CaCO₃。在相同盐度下,两种金属表面污垢的沉积趋势不同。在金属表面没有观察到CaSO₄形态的晶体析出。     

油酸修饰纳米CaCO3对PP结晶行为和力学性能的影响

Oleic acid (OA)-modified CaCO3 nanoparticles were prepared using surface modification method. Infrared spectroscopy (IR) was used to investigate the structure of the modified CaCO3 nanoparticles, and the result showed that OA attached to the surface of CaCO3 nanoparticles with the ionic bond. Effect of OA concentration on the dispersion stability of CaCO3 in heptane was also studied, and the result indicated that modified CaCO3 nanoparticles dispersed in heptane more stably than unmodified ones. The optimal proportion of OA to CaCO3 was established. The effect of modified CaCO3 nanoparticles on crystallization behavior of polypropylene (PP) was studied by means of DSC. It was found that CaCO3 significantly increased the crystallization temperature, crystal-lization degree and crystallization rate of PP, and the addition of modified CaCO3 nanoparticles can lead to the for-mation of β-crystal PP. Effect of the modified CaCO3 content on mechanical properties of PP/CaCO3 nanocompo-sites was also studied. The results showed that the modified CaCO3 can effectively improve the mechanical proper-ties of PP. In comparison with PP, the impact strength of PP/CaCO3 nanocomposites increased by about 65% and the flexural strength increased by about 20%.     

羧甲基葡聚糖的快速沉降法阻垢特性研究

工业循环冷却水中的碳酸钙污垢一直是困扰工业生产者的重要问题,使用快速沉降法（FCP）研究了不同浓度的羧甲基葡聚糖对于碳酸钙污垢的抑制作用。控制溶液中的钙离子浓度为200 mg/L,羧甲基葡聚糖的浓度分别为0.5、1、2和4 mg/L时,对羧甲基葡聚糖的阻垢性能进行分析。结果表明,羧甲基葡聚糖对于减缓碳酸钙的成核过程有明显效果,此外,它也显著降低了碳酸钙成核后晶体的生长速率。当羧甲基葡聚糖的浓度为4 mg/L时,羧甲基葡聚糖对于碳酸钙的成核及晶面生长起到了完全抑制的作用,对于工业应用中碳酸钙的防垢处理,提升换热效率具有借鉴意义。