圆形楞涡流发生器结构对矩形通道内CaSO4污垢沉积特性的影响

为探讨圆形楞涡流发生器结构和布置方式对换热面污垢的影响,采用数值模拟方法研究了布置圆形楞涡流发生器矩形通道内壁面CaSO₄析晶污垢的沉积过程,同时计算并分析了入口流体温度为300 K、速度为0.5 m·s^-1、浓度为3.0 g·L^-1的CaSO₄过饱和溶液下圆形楞涡流发生器的楞长、布置方式、半径的大小以及纵向间距等几何因素对表面污垢沉积的影响。结果表明:污垢热阻值随涡流发生器楞长增加先减小后增大,而且在(4/8)H楞长处出现最小值;随涡流发生器列间距增大而增大,当间距超过55 mm后污垢热阻值逐渐趋于光通道的污垢热阻值;随涡流发生器半径增大而减小;相同列间距、半径以及当楞长为(4/8)H时,顺排靠边布置时其污垢热阻值最小。     

几种翼型涡流发生器对CaCO3污垢特性影响的数值模拟

为研究翼型涡流发生器结构以及布置对换热面污垢的影响,对矩形通道内布置翼型涡流发生器后壁面CaCO₃析晶污垢的沉积进行了模拟。计算并分析了在温度为50℃,流速为0.2 m·s^-1,浓度为1000 mg·L^-1的CaCO₃过饱和溶液下,翼形涡流发生器的翼型、攻角和纵向间距等几何因素对表面污垢沉积的影响。结果表明:表面单位面积结垢量随着翼型涡流发生器攻角的增大而减小,随着涡流发生器列间距的增大而增大,当间距为60 mm时达到最大,超过60 mm后表面单位面积结垢量呈现下降趋势。     

腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒污垢特性

为了探究开孔涡流发生器颗粒污垢机制,实验研究了腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒的污垢特性,考察了入口温度、浓度、流速、涡流发生器纵向间距以及不同攻角等参数污垢特性的影响。结果表明：腰槽开孔矩形翼涡流发生器具有较好的抑垢特性,抑垢能力随入口温度降低、浓度降低、流速增加以及纵向间距减小而增强。涡流发生器60°攻角布置下的抑垢能力最强。     

圆管内CaSO_4析晶污垢模型与数值模拟

从传热传质的角度建立了圆管内CaSO4析晶污垢形成过程的数学模型,并进行了相应的数值模拟及实验验证。根据模拟得出的圆管内温度场、速度场、以及CaSO4的质量浓度场,进而结合本污垢模型计算出了CaSO4析晶污垢的沉积率、剥蚀率以及污垢热阻随时间的变化规律。为了验证本模型的正确性,在实验室进行了污垢实验,并将计算结果和实验结果进行了比较,误差在20%以内,证明了该模型的正确性。     

换热表面矩形翼布局对颗粒污垢与流阻特性的影响

为研究矩形通道内部流动阻力与颗粒污垢间的关系,通过改变涡流发生器的布局方式,改变通道内部压降,研究涡流发生器对流阻和污垢热阻的影响,进而实现流阻与污垢热阻的关联研究。通过实验得出,在布置区间改变过程中,污垢热阻渐近值与结垢前后的压降差呈同相变化。在改变交错方式过程中,污垢热阻渐近值随压降的增加而减小。     

腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒污垢特性

为了探究开孔涡流发生器颗粒污垢机制,实验研究了腰槽开孔矩形翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒的污垢特性,考察了入口温度、浓度、流速、涡流发生器纵向间距以及不同攻角等参数污垢特性的影响。结果表明:腰槽开孔矩形翼涡流发生器具有较好的抑垢特性,抑垢能力随入口温度降低、浓度降低、流速增加以及纵向间距减小而增强。涡流发生器60°攻角布置下的抑垢能力最强。     

腰槽开孔矩形翼涡流发生器的传热和流阻特性

涡流发生器是一种广泛应用的被动强化传热元件,在换热器的换热壁面上以阵列形式布置。涡流发生器靠诱导和产生涡旋来削减或破坏壁面边界层从而达到强化换热。本文对安装腰槽开孔矩形翼涡流发生器和未冲孔矩形翼涡流发生器以及圆孔矩形翼涡流发生器的矩形通道进行了传热和流阻特性的实验研究。实验雷诺数范围为Re=1000~4000。结果表明:在相同雷诺数下,安装有腰槽开孔矩形翼涡流发生器的矩形通道的换热效果和流阻特性优于未冲孔矩形翼涡流发生器和圆孔矩形翼涡流发生器,腰槽开孔矩形翼涡流发生器综合换热性能最好。涡流发生器布置攻角和纵向间距对腰槽开孔矩形翼涡流发生器传热和流阻有较大影响,对比不同涡流发生器布置攻角和纵向间距,得出90°攻角布置和纵向间距为80mm布置的腰槽开孔矩形翼涡流发生器总和换热性能最好。     

方形螺旋管中CaSO_4污垢特性的数值模拟

从传热传质的角度建立了方形螺旋管内CaSO_4析晶污垢形成过程的数学模型,通过对数学模型进行数值模拟计算,得到了CaSO_4浓度、螺距及入口速度等参数对管内污垢的沉积率、剥蚀率、净沉积率和污垢热阻的影响。根据模拟得到的方形螺旋管管内的温度场、速度场和CaSO_4浓度场,进而结合污垢模型,计算出CaSO_4污垢的沉积率、剥蚀率、净沉积率和污垢热阻随时间的变化规律。通过分析计算数值模拟结果,得到CaSO_4浓度的增加会增加污垢的质量沉积率和剥蚀率,同时也会增加污垢热阻;方形螺旋管螺距的增加会降低管内的污垢质量沉积率和剥蚀率,并且会降低管内污垢热阻;入口速度的增大,会减小管内的污垢的质量速率和热阻。通过分析不同螺距的方形螺旋管中污垢净沉积率的变化趋势发现,在一定阶段内,污垢在管中的污垢净沉积率为负值。也就是说,方形螺旋管在一定时间内具有一定的阻垢效果。并且当CaSO_4浓度越小、方形螺旋管螺距越大、入口速度越大时,这种阻垢效果越好。     

不同涂层材料表面CaCO_3污垢特性的研究

采用对比实验的方法,通过对ECTFE、FEP、PTFE和PFA4 4种涂层材料表面的粗糙度、接触角、表面能测量和计算,考察了这些表面特性参数对CaCO3污垢形成的影响。实验结果表明,材料表面特性对污垢形成有较大影响,材料的表面能越低,污垢沉积量越小,而表面的粗糙度、接触角对CaCO3污垢形成的影响还未发现明显的规律。     

超声空化对污垢沉积特性影响的数值研究

在超声波防垢过程中，超声波的传播以及空化效果会受到流体及超声波参数的影响，析晶污垢的沉积特性也会随之发生变化。对此，采用FLUENT数值模拟与实验参数相比对的方法研究了不同流体速度、超声波频率下超声空化对CaSO₄析晶污垢剥蚀的影响。结果表明：同频率条件下，增大流速超声空化对污垢的剥蚀效果减弱；同流速条件下，增大超声波频率超声空化对污垢的剥蚀效果减弱。将空化效应引起的剥蚀率代入污垢的沉积过程，得到超声波频率对污垢沉积特性的影响，随着超声波频率的增加，污垢净沉积率增加、污垢热阻变大。     

矩形翼涡流发生器排列方式对颗粒污垢的影响

为探索排列方式对颗粒污垢特性的影响,以加入纳米Mg O颗粒的水为工质,实验研究了不同排列方式的矩形翼涡流发生器对颗粒污垢的影响。结果表明:无论是否安装涡流发生器,矩形通道中纳米Mg O颗粒污垢都没有明显的诱导期;在换热面上安装矩形翼能够抑制颗粒垢的生成,但流动阻力却明显增大;攻角为90°条件下,错排布置抑垢能力比顺排布置强,攻角为45°条件下,错排布置与顺排布置抑垢能力相近,且都比同等条件攻角为90°时的强;在攻角相同的条件下,插排布置的抑垢能力最好,但其流动阻力最大,攻角不同时,45°攻角比90°抑垢能力强。     

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。     

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。     

烧结型多孔管的污垢特性

在恒热流密度情况下,以CaSO₄溶液为介质,研究了烧结型多孔管在池沸腾过程中的污垢特性。结果表明：与光滑管相比,多孔管在不同浓度的CaSO₄溶液中都具有阻垢特性,浓度增大污垢热阻的渐近值增大,但当浓度增大到一定程度后,污垢曲线由渐近线型过渡到直线型。通过对两种换热管表面和污垢表面的扫描电镜（SEM）分析,对多孔管的阻垢机理进行了解释。发现多孔表面的CaSO₄晶体形状为六棱柱体,晶粒更加细小,约为光滑表面晶粒尺寸的1/2.5,且污垢层更薄。     

池式沸腾条件下CaSO_4污垢生成的实验研究

在池沸腾装置中,100℃下CaSO4饱和溶液以及热通量55—300 kW/m2,研究了传热表面性质对硫酸钙污垢沉积的影响。通过现代表面处理技术,例如动态混合离子注入和动态混合磁控溅射技术,对若干加热器表面进行处理,以减小金属表面的表面能。研究表明,表面能低的表面,即经离子注入或磁控溅射的表面具有良好的抗垢性能。     

强化换热管内污垢特性的数值研究

运用FLUENT软件对CaCO_3析晶污垢在圆管和强化换热管内不同工况下的污垢特性进行了数值模拟,计算出CaCO_3溶液在各管内的温度场和浓度场,进而计算出CaCO_3析晶污垢的沉积率和剥蚀率随时间的变化规律,并在不考虑诱导期的情况下,从污垢沉积质量出发计算出污垢热阻随时间的变化规律。通过比较分析发现:CaCO_3析晶污垢在圆管及其强化换热管内的沉积率、剥蚀率与污垢热阻随入口浓度和入口速度的增大而增大,但是随入口溶液温度的增大而减小,强化换热管的抑垢效果要好于圆管。     

三角翼涡流发生器纳米氧化镁颗粒污垢特性

为了探究三角翼涡流发生器的纳米氧化镁颗粒污垢特性, 选用粒径为50 nm的氧化镁颗粒配制的胶体溶液为研究对象, 研究了在不同水浴温度、颗粒浓度、流速、三角翼间距以及不同布置等工况下三角翼涡流发生器的污垢特性。结果表明:三角翼涡流发生器具有抑垢特性, 水浴温度、浓度、流速对其抑垢能力及结垢速率均有影响, 水浴温度升高、颗粒浓度降低以及工质流速升高都会导致三角翼的抑垢能力增强。三角翼不同列间距的抑垢能力随着布置方式的改变而改变, 采用均匀分布布置形式时40 mm列间距的抑垢能力最强, 而采用同列数布置时80 mm列间距的抑垢能力最强。     

2种CaCO_3溶液配制法下板式换热器的污垢特性

为研究板式换热器碳酸钙的污垢特性,以BR0.015F型板式换热器为实验平台,研究了2种配制碳酸钙溶液方法(碳酸钠与氯化钙和碳酸氢钠与氯化钙)在板式换热器下的污垢特性,并用扫描电镜观察结垢表面的晶体类型。结果表明:在相同的实验条件下,碳酸钠法在板片表面结垢薄、易于清除,污垢没有凝结成块状,板式换热器速度场和温度场对污垢分布的影响不明显,扫描电镜观察污垢粉末多为六面体晶型,单个分布未粘结在一起。碳酸氢钠法在板片表面结垢相对致密、难于清除,污垢凝结成块状,板式换热器温度场的分布对污垢分布的影响明显,结垢量的分布与板式换热器数值模拟的温度场分布基本一致,扫描电镜观察污垢发现污垢晶体紧密的粘结在一起。     

矩形截面螺旋细通道内气液两相流液相分布及压降特性

为探究不同操作参数及结构下矩形截面螺旋细通道内气液两相流的液相分布及压降特性,建立了光滑螺旋通道及内置矩形涡发生器的螺旋通道2种模型,在进口速度u_(in)=0.22～0.32 m/s,进口含气率α=0.55～0.59的条件下,以空气-水两相流为工质进行了数值模拟。结果表明,在研究的范围内通道内液体受离心力的影响被甩向螺旋通道外侧,而气体分布于通道内侧。进口含气率的增加会减少通道外壁面的液膜厚度。通道内置的矩形涡发生器可使内部工质产生二次流从而增强混合,有效提升截面含气率。除此之外,进口速度的增大、进口含气率的减小及矩形涡发生器的加入均会使矩形螺旋细通道内两相压降增大。     

板式换热器内颗粒污垢表面分形特性

利用分形理论及其相关的图像处理方法对板式换热器内不同粒径的颗粒污垢所沉积的表面形态进行研究。结果表明:颗粒污垢具有分形特性,而且颗粒粒径变化影响污垢表面分形维数,纳米级颗粒污垢的分形维数比微米级颗粒污垢的大。分形维数还可用来定量描述颗粒污垢的孔隙和粗糙表面形貌,分形维数越大污垢表面越粗糙。