高效传热斜齿扭带的自动清洗动力学设计理论

塑料斜齿扭带是自动清洗扭带技术研究30多年来取得的最重要进展,突破了低流速自动清洗难关,极大地拓宽了应用范围,突破传热强化弱的难关成为高效传热强化的一种新元件。本文专题研究了这一新技术的动力学设计理论及其工程应用问题。研究中将复杂的斜齿扭带动力矩近似分解为虚拟的光滑扭带动力矩及其螺旋线液流对斜齿的冲推力矩之和,建立了动力矩理论计算式。通过对该计算式的工程应用研究,得到了有关优化设计方面诸多的重要结论。在该式指导下设计的斜齿扭带优化试验结果表明,斜齿扭带的自转动力矩和传热系数均比光滑扭带成倍提高,设备总阻力也在工程许可范围内。     

水冷管内水动力螺旋自动清洗防垢及其冷却强化

传热管内自转钢丝螺旋线技术具有污垢自动清洗能力强、传热强化效果好、结构简单、成本最低廉等诸多优势，但是存在传热管壁问的磨损和与自转动力矩较弱的问题，无法工业应用。为此，文章提出了以大截面塑料螺旋线取代钢丝螺旋线解决传热管壁的磨损问题，以预旋结构的管口轴承座一冲推动力轮来强化自转塑料螺旋线的清洗动力矩。测试结果表明，传热管内污垢自动清洗的效果好；能够在较低的流速下工业应用；传热强化幅度达到52．6％，比钢丝螺旋线高60％；并且设备阻力不大。     

自动清洗强化斜齿扭带的工程应用研究

自动清洗强化斜齿扭带，其原理是在扭带表面上按一定规律排列不对称斜齿，使被导向的传热流体对扭带的不对称反作用力形成一个旋转力矩。解决了现有的塑料扭带不能用于低流速传热设备的自动清洗问题。试验结果表明，与现有光滑扭带相比，斜齿型扭带自转清洗力矩增大了2倍多、传热系数平均提高了30％，即使6m长传热管、4管程的传热设备的阻力也只有0．15MPa左右，仍然在一般的工程许可的范围内，具有广阔的应用前景。     

冷冻机立式水冷器污垢的塑料螺旋齿管自动清洗技术研究

冷冻机组立式水冷器的水垢损失每年高达十多亿元。依据其特低流速的特点，研究成功具有在线、连续自动清洗功能的塑料螺旋齿管技术。其原理是由冷凝管与螺旋齿管形成螺旋流道，使冷却水作快速螺旋线流动，其反作用给螺旋齿管形成较强的自转力矩。通过理论分析和多种结构参数的试验研究表明：污垢清洗能力强；自转力矩与冷却水流量二次方正比，较大的内管直径、较小的螺旋角有利于力矩强化，其中力矩最优化的螺旋齿管的力矩强化能达到塑料扭带的241％，可以在0．4m／s以上的流速下可靠应用；传热系数平均提高50％；制造简单。虽然螺旋齿管的阻力大，但是立式水冷器的落差很大。位能充裕，因此，具有很好的工程应用价值．     

水冷管内水动力螺旋自动清洗防垢及其冷却强化

传热管内自转钢丝螺旋线技术具有污垢自动清洗能力强、传热强化效果好、结构简单、成本最低廉等诸多优势,但是存在传热管壁间的磨损和与自转动力矩较弱的问题,无法工业应用。为此,文章提出了以大截面塑料螺旋线取代钢丝螺旋线解决传热管壁的磨损问题,以预旋结构的管口轴承座-冲推动力轮来强化自转塑料螺旋线的清洗动力矩。测试结果表明,传热管内污垢自动清洗的效果好;能够在较低的流速下工业应用;传热强化幅度达到52.6%,比钢丝螺旋线高60%;并且设备阻力不大。     

列管式水冷设备自动防垢高效强化技术

电动式水冷机组冷凝器的管内冷却水流速较低，易结垢，运行效率普遍低下。现有的塑料光滑扭带由于自转清洗力矩弱，不能直接用于自动清洗。研制了一种高效强化传热，能够在0．5m／s以上的较低流速下自动清洗污垢的斜齿扭带，其原理是在光滑扭带的双面上等距离排列斜齿，被斜齿导向的传热流体对斜齿的反作用力形成一个新增的旋转力矩。与现有的光滑扭带相比，弧线形斜齿扭带自转清洗力矩增大了75％～101％，传热系数提高了71％。虽然阻力系数较高，但是设备的总阻力仍然在一般工程容许的范围内，对冷饮冷冻行业的节能增效具有较高的推广价值。     

低流速传热管内的自动清洗及其传热强化技术

数量最多的低流速列管式传热设备的污垢问题最严重。在本研究塑料螺旋自动清洗和传热强化技术中，吸取了钢丝螺旋具有自动清洗和传热强化双重功能、流体阻力小的优点，采用塑料解决钢丝螺旋难以解决的对管壁磨损问题，又在结构设计中将塑料螺旋固定在塑料内管上，同时解决塑料螺旋的刚性问题和减少流体面积增大管内实际流速的问题。     

斜齿扭带传热强化及其自动清洗

大多数传热设备的管内流速较低,传热系数低,又容易结垢,运行效率低下.塑料光滑扭带具有自动清洗和传热强化的双重功能,结构又很简单,但传热强化功能不强.本文研究的斜齿扭带及其自动清洗技术,能够在0.5m/s以上的较低流速下自动清洗管内的污垢,具有很高的推广价值.     

一种新型传热管自动清洗用强化斜齿扭带研究

光滑扭带具有自动清洗传热设备水垢的功能，但是在管内低流速下由于自转力矩太小而不能应用。为此研制一种能够显著增大自转力矩的强化型斜齿扭带。试验结果表明：在管内流速相同情况下，强化型斜齿扭带与结构参数相同的光滑扭带相比：自转力矩增大277％，传热系数提高22％，流体阻力保持在工程许可的范围内。因此，这种强化型斜齿扭带可以在低流速的列管式传热设备中广泛应用。     

轴承旋流强化的管内污垢自动清洗扭带技术

冷饮与速冻工业的水冷器大多为列管式结构。实际运行的管内冷却水流速一般为0．5～1．0m／s，易结垢，效率低。通过强化理论分析和结构设计的优化试验，研究成功了旋流轴承强化塑料扭带自动清洗技术，能够使现有光滑扭带的清洗力矩成倍增加；可以使水冷管长度为2m、4m、6m的水冷器对管内冷却水的流速要求由原先的1m／s以上，分别下降至0．4m／s、0．5m／s、0．6m／s，从而使多数水冷器可以直接应用管内污垢自转塑料扭带自动清洗技术，并且流体的阻力不大，结构简单，便于推广应用。     

水冷器管内污垢自动清洗扭带及旋流轴承强化

冷饮与速冻工业的水冷器大多为列管式传热设备。实际运行的管内冷却水流速一般在0．5—1．0m／s范围，容易结水垢，效率低下。本文研究的旋流轴承强化的塑料扭带技术，可以在1．0m／s以下流速的管内实行自动清洗防垢，又冷却强化，并且流体阻力不大，结构简单，推广应用价值较高。     

麦草浆黑液传热性能的研究

通过改变传热温差以及搅拌槽几何构型和桨叶转速等实验条件，研究了麦草浆黑液在不同物性、流变特性、流体动力学条件及流动空间几何特征下的传热特征，并且应用传统数学建模及人工神经网络方法，建立了麦草浆黑液相关的传热数学模型与评价指标，结果表明，上述因素对麦草浆黑液传热性能有深远的影响。     

自然循环自动清洗式高效节能蒸发器的核心理论研究

严重影响现有蒸发器效益的焦点是高能耗的强制循环泵和加热面盐垢的周期性停车清洗。自然循环自动清洗式蒸发器能够满意地解决这两个问题 ,为企业创造相当可观的效益。以动力温度概念和不平衡汽化过程机理为基础的自然循环推动力理论研究 ,不仅得到有很大意义的计算模型 ,并且给出了自然循环推动力有效强化的思路 :设计较大截面、足够深度、出口部呈渐扩形的沸腾室来提高汽化的平衡度、降低出口动能损失 ;必须采用安装有像螺旋齿带那样能够低流速下自转、高效强化传热、较低流体阻力的自动清洗元件的短管加热室 ,以便增大动力温度 ,又使自然循环总阻力较低。按此动力学理论设计的自然循环自动清洗式蒸发器顺利地获得中试成功。     

A spinning disc study of fouling of cold heat transfer surfaces by gel formation from model food fat solutions

The formation of immobile gels on heat transfer surfaces (‘coring’) caused by cooling fat solutions below their cloud point was studied using a novel spinning disc apparatus (SDA). The SDA features a cooled, removable heat transfer surface with well defined heat and mass transfer characteristics. Measurements of heat flux were combined with computational fluid dynamics simulations to yield reliable estimates of the surface temperature and shear stress. Fouling studies were performed with model solutions of 5 wt.% tripalmitin in a paraffin oil operating in the ‘cold start’ mode, wherein the experiment starts with the surface colder than the steady state, simulating one mode of operating a standard ‘cold finger’ experiment. Local heat flux measurements allowed the thermal fouling resistance to be monitored: deposit mass coverage and composition were also measured. The cold surface promotes the rapid formation of an initial gel layer, followed by a period of linear fouling, and finally falling rate fouling behaviour. The linear fouling rate was relatively insensitive to temperature and shear rate, while the fouling rate in the falling rate regime was found to depend on the temperature driving force for crystallisation kinetics. The solids fraction within the deposit layer increased over the duration of a 12 h fouling test, indicating rapid ageing. The rheological properties of the deposits were highly sensitive to solids fraction.     

麦草浆黑液传热性能试验

研究了麦草浆黑液在搅拌槽内的传热性能，本文通过改变传热温差以及搅拌槽几何构型和桨叶转速等实验条件，研究了麦草浆黑液在不同物性、流变特性、流体动力学条件及流动空间几何特征下的传热特征。结果表明：上述因素对麦草浆黑液传热性能有显著的影响，进而为麦草浆黑液加热降粘方法的深入应用作一些理论铺垫，也对进一步研究非牛顿流体的传热性能起一定的指导作用。