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。     

换热设备污垢监测及预测研究进展

重点阐述了近年来国内外学者对换热设备污垢预测和监测的研究工作,并提出了污垢预测和监测研究的新方向。同时,也对污垢机理做了概述,对污垢典型模型做了总结。     

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。     

流动过冷沸腾传热强化及阻垢

在流动沸腾传热实验中,考察了CaCO3污垢溶液的形成过程及各种工艺条件对流动过冷沸腾传热的影响. 研究条件包括流体速度、溶液温度、CaCO3溶液浓度及热通量,实验中发现了一些规律. 同时还考察了不同阻垢剂[聚天冬氨酸(PASP)、2-膦酸丁烷-1,2,4-三羧酸(PBTCA)及氨基三甲叉膦酸(ATMP)]对流动过冷沸腾传热的影响. 结果表明,所选阻垢剂均能抑制污垢的生成并降低了污垢热阻,而且存在最佳浓度范围. 但不同阻垢剂的阻垢效果不尽相同,在本实验条件下,ATMP的阻垢效果最好,PBTCA次之,PASP的阻垢效果较差.     

U形管式换热器CaCO_3型污垢热阻变化趋势预测研究

用自制的实验装置模拟工业U形管式换热器Ca CO3型污垢的形成过程,通过计算机采集系统对实验数据进行记录和分析,采用灰色Verhulst模型对污垢热阻随时间的变化趋势进行预测并取得了良好的效果。该研究结果为U形管式换热器污垢热阻研究提供了实验和预测依据。     

传热系数法评定超声波的抗垢作用

通过池动态模拟实验,利用自动数据采集系统,以CaCO3污垢溶液为研究对象,配置了不同浓度的模拟溶液,在不同的污垢溶液浓度及热通量等工艺条件下引进了超声波清洗,以减小污垢在金属表面的沉积. 跟踪系统不同点的温度,采用数学处理方法转换成传热系数,以此评价阻垢作用. 研究表明,超声波清洗不仅明显强化了传热效果,也有效阻止了污垢在加热器表面的沉积,具有良好的抗垢作用.     

基于Kern-Seaton模型结合Capdeville生物膜增长体系建立的微生物污垢模型

为研究换热设备生物污垢的形成过程,将Capdeville生物膜增长体系引入Kern-Seaton模型,建立了一个新的微生物污垢模型。采用铁细菌和管式换热装置对模型进行了实验验证。结果表明：除诱导期外,新建的微生物污垢热阻模型的计算数据和实验数据的相对误差小于20%。     

混合污垢特性的试验研究

采用对比试验的研究方法,按照污垢热阻的离线测量模型,研究了由析晶污垢和微粒污垢构成的混合污垢的结垢特性。试验结果表明,换热管内循环水的流速、温度以及微粒直径和浓度对混合污垢有不同的影响。     

聚天冬氨酸衍生物的合成及性能

利用聚天冬氨酸热缩聚产物聚琥珀酰亚胺(PSI)和天冬氨酸(ASP)合成了一种聚天冬氨酸衍生物.研究了聚天冬氨酸衍生物的阻垢性能、分散性能和污垢热阻.实验结果表明:当Ca~(2+)质量浓度为400mg/L、HCO_3~-质量浓度为800mg/L、聚天冬氨酸衍生物用量为6mg/L时,阻垢率达到100%,比聚天冬氨酸的阻垢率最大提高4%以上;聚天冬氨酸衍生物对Fe_2O_3有一定的分散作用;聚天冬氨酸衍生物的污垢热阻小于聚天冬氨酸的污垢热阻.     

低压静电用于循环冷却水阻垢的实验研究

对低压静电处理循环冷却水的阻垢性能进行了实验研究与机理分析。采用动态监测污垢热阻的方法进行了结垢与阻垢实验,并对溶液的水质进行了分析。结果表明,低压静电处理循环冷却水对换热表面的结垢起到很好的抑制作用,实验中仅需2.2W功率就可达到100%的阻垢率。低压静电水处理不同与其它物理水处理技术,它可降低溶液的硬度、碱度、电导率及pH值,是一种主动的抗垢技术。被处理溶液中发生的微电解反应使更多的污垢晶体在处理器中聚集并生长,而不是沉积在换热表面,从而起到阻垢作用。     

基于最小二乘支持向量回归机的光管污垢特性预测

搭建了污垢实验系统以测得管壁温度和出、入口温度等参数,并将这些参数作为模型的输入变量,以污垢热阻值作为模型的输出变量,利用最小二乘支持向量回归机搭建了污垢预测模型,对光管的污垢特性进行了预测。一方面,通过与测量结果相比较,验证所搭建的模型是合理可行的;另一方面,通过对多次预测结果分析比较得出,该模型不但适用于流速、水浴温度、材质等参数为定值的情况,而且当这些参数发生改变时,该模型也是适用的。     

基于主成分分析和PLS算法的弧线管污垢特性研究

搭建了弧线管污垢特性实验平台,用于测量相应的污垢参数。基于主成分分析理论和偏最小二乘算法(PLS)建立了弧线管的污垢特性方程。该方程以弧线管的出入口温度、壁温及流速等参数作为模型的自变量,以污垢热阻值作为因变量。利用交叉验证原则以提取最佳主成分个数。通过对预测方程的检验,结果表明:所建5自变量预测方程能较好地实现对弧线管污垢特性的预测,而且明显优于6自变量模型。     

换热器污垢特性的建模与预测

搭建了污垢实验系统以测量管壁温度及出、入口温度等参数,以3个壁温、出口温度、入口温度作为模型的输入变量,以污垢热阻值作为模型的输出变量,利用偏最小二乘算法拟合出污垢特性预测方程。利用第二个运行周期对该预测模型进行了验证。通过比较预测结果和实验结果可知最大相对误差在8.5%以内。通过分析各单一自变量对预测模型的影响,得出了四变量优化模型,从而提高了模型的预测精度,同时分析了流速等对预测模型的影响。     

板式换热器黏液形成菌与CaCO3混合污垢实验

为了探究黏液形成菌（SFB）与CaCO₃混合污垢在板式换热器（PHEs）中的成垢规律,对不同浓度的CaCO₃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CaCO₃污垢热阻渐近值之间,CaCO₃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CaCO₃对黏液形成菌存在抑制作用。维持其他条件不变,随着CaCO₃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。     

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。     

换热设备污垢研究进展

对污垢的形成过程中起始、输运、附着、剥蚀和老化5个阶段的机理进行了简要的概述。综述了近几年国内外换热设备污垢领域的研究进展,以预测、监测和对策3个主要研究方向进行了归纳。综合已有的研究成果,提出了蒸汽污垢研究这一新方向。     

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。     

循环水冷却水系统换热器中污垢的预测和监测

为了获取循环冷却水换热器中长期运行的污垢数据，使用了在线污垢监测器。根据这些数据建立了一个模型，用于预测任何水化学的冷却水换热器的污垢性能。后来将该预测指数用于实际运行的换热器，具有良好的相关性。实例研究对该预测指数作了验证。     

循环冷却水中物理阻垢技术的比较

利用污垢热阻动态监测试验装置对电磁、高压静电及低压电子3种典型的物理阻垢技术进行了对比试验研究。在水样硬度及碱度均为300mg／L,流量为780L／h的试验条件下,电磁处理与高压静电处理具有较好的阻垢效果,阻垢率都达到50％-60％;低压电子阻垢技术性能最优,阻垢率达到100％;     

冷却水污垢监测技术的现状及发展方向

介绍了冷却水中污垢的种类、来源和危害,并对国内外常用的污垢监测方法及最新研究动态进行了论述.通过比较国内外在线污垢监测技术的差距,指出了引入国外成熟的技术,进行二次开发,形成自己冷却水在线监测技术,是国内在线污垢监测最可行、经济的途径.冷却水污垢监测技术的提高,必将大幅度提升我国水处理的管理水平.