换热面上颗粒污垢生长特性的数值模拟研究

针对颗粒污垢在换热器中存在的沉积问题,本文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,借助Fluent软件,对换热面上颗粒污垢生长特性进行数值模拟,模拟了二氧化硅颗粒在圆管内的沉积过程,并结合相关经验公式,建立颗粒污垢剥蚀模型。模拟结果表明,二氧化硅颗粒在流速、入口温度和管壁粗糙度这3种运行工况下,其污垢热阻先增加后趋于平稳,一段时间后达到一个渐近值。随着流速的增加,颗粒结垢速率和污垢热阻渐近值逐渐减小;随着入口温度的增加,污垢热阻渐近值逐渐减小;随着管壁粗糙度的增加,污垢热阻渐近值和达到渐近值的时间都逐渐增大。因此,通过增大流速和入口温度,减小管壁粗糙度,可减小换热面上的颗粒污垢热阻。该研究为实际生产过程中的抑垢和除垢技术提供了理论参考。     

圆管内微生物与颗粒混合污垢特性的实验研究

为了探讨纳米氧化镁颗粒与铁细菌混合物在圆管中的污垢特性,对混合污垢与单一污垢、不同纳米氧化镁浓度、铁细菌浓度、流速下不锈钢圆管中的污垢特性进行了实验研究,采用热阻实时监测、微观结构观察、静置实验等检测手段研究了影响污垢形成的因素。结果表明:混合污垢的污垢热阻渐近值最大,其次为单一纳米氧化镁污垢,铁细菌形成的污垢渐近值最小且污垢热阻经历最长时间才达到稳定;混合污垢热阻渐近值随颗粒浓度、铁细菌浓度的增加而增加,并且增加幅度呈现变缓的趋势;结垢速率与流速有关,流速大结垢速率小,热阻小,达到稳定时间长。     

运行工况对两种强化管内析晶污垢的影响

为了研究运行工况对强化管内析晶污垢的影响。采用数值模拟方法研究了强化管内CaSO_4析晶污垢的沉积过程。主要分析了两种强化管内CaSO_4溶液的速度和壁面温度对污垢热阻的影响。结果表明,随着速度的增大污垢热阻值逐渐减小;随着壁面温度的增大污垢热阻值也是逐渐减小。综合对比两种强化换热管可知,内肋管的污垢热阻值小于缩放管的热阻值,即内肋管抑垢效果好于缩放管。     

矩形通道内CaCO_3污垢特性研究

采用数值模拟方法研究了矩形通道内CaCO3污垢的沉积过程,分析了CaCO3溶液的浓度、速度、温度对污垢沉积率、剥蚀率与污垢热阻的影响。结果表明,CaCO3在矩形通道内的沉积率、剥蚀率与污垢热阻随入口浓度的增大而增大,随着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。     

板式换热器铁细菌与氧化镁混合污垢特性的实验研究

为探索微生物与颗粒混合污垢特性,实验研究了板式换热器中铁细菌、氧化镁混合污垢的生长规律。考查了温度、流速和浓度对混合污垢热阻的影响。结果表明:混合污垢热阻渐近值大于铁细菌,氧化镁污垢单一污垢热阻渐近值;混合污垢热阻渐近值在温度为30℃时达到最大;随着流速的升高,混合污垢热阻渐近值呈减少的趋势,降低铁细菌或氧化镁浓度会导致混合污垢热阻渐近值下降,且降低氧化镁浓度对混合污垢热阻渐近值影响较大。     

恒热流条件下振动圆管外结垢特性实验

建立了污垢特性实验台,对恒热流条件下静止与振动圆管表面的结垢过程进行了实验,得到了不同工况下污垢热阻随时间的变化过程。实验结果表明,静止与振动条件下污垢热阻随时间变化曲线均为典型的渐近线型,渐近污垢热阻随着振动雷诺数的增加而呈指数型减小, 相同工况下圆管振动时管外表面的渐近污垢热阻较静止时小,且振动污垢热阻随振动频率、振幅的升高而显著降低。     

两种计算方法下板式换热器CaSO_4污垢特性的对比

为研究板式换热器换热表面CaSO_4污垢特性,采用两种计算方法对CaSO_4在板式换热器中沉积过程进行了数值模拟.方法一:基于沉积率和剥蚀率模型对CaSO_4污垢进行数值计算,并利用板式换热器的实验台对模拟结果进行了验证.方法二:依据Kern-Seaton污垢模型,结合冯-卡门类比理论得到渐近污垢热阻随雷诺数的变化.对比两种计算方法得到的渐近污垢热阻比得知污垢热阻的渐近值曲线非常接近,且最大误差仅为2.2%.     

双流道泵内部固相颗粒分布对泵性能的影响

基于Mixture模型,对一双流道泵内的固液两相流动进行了数值模拟,对不同颗粒直径和不同颗粒体积浓度工况下双流道泵内的固相颗粒体积浓度分布进行了研究.结果表明:在小粒径工况下,颗粒在叶轮流道内分布比较均匀,随着粒径的增大,颗粒逐渐聚集于叶轮进口和流道弯曲的部位,且粒径越大该处的颗粒浓度越大,固相离析作用明显;流道背面颗粒分布不均匀,其后盖板侧的颗粒浓度高于前盖板处,随着固相体积分数的增大,后盖板处聚集的颗粒也随之增多;随着粒径和颗粒体积浓度的增加泵的扬程和效率都降低.通过模拟发现,颗粒在泵内的分布受粒径的变化影响较大.     

表面特性对污垢结垢行为影响研究综述

对无机盐结垢行为影响研究,多是围绕流速、温度、浓度对污垢沉积质量、诱导期和热阻的影响进行展开的。选取污垢形貌结构、附着位置、颗粒尺寸等微观结垢行为作为研究对象,综述材料表面性质（粗糙度、接触角、表面能）对微观结垢行为的影响,为从微观角度揭示不同材料表面宏观结垢行为差异提供依据;同时,对于污垢附着强度研究现状进行总结,为污垢去除以及选择合理的抗垢材料提供理论支持。     

温度对黏液形成菌污垢特性的影响

为了探讨温度对黏液形成菌污垢特性的影响,对不同入口温度和不同水浴温度条件下黏液形成菌在不锈钢光管中的污垢特性进行了实验研究。结果表明:随着入口和水浴温度的升高,诱导期时间缩短,污垢热阻达到渐近值所需时间减少。在实验温度范围内,入口温度为30℃时污垢热阻渐近值最大,35℃时次之,25℃时最小。所以,污垢热阻渐近值随着水浴温度的升高而减小。     

螺旋槽管的污垢特性及其防垢性能实验研究

通过实验测定了螺旋槽管内的结垢情况,并与光滑管进行了比较.实验中定时测定了螺旋槽管和光滑管的传热阻力,分别描绘了螺旋槽管和光滑管的结垢曲线.实验结果显示轧槽管的污垢热阻约为光滑管的0.52～0.88倍.与光滑管相比,螺旋槽管具有较低的污垢热阻,且热阻与时间的关系能够用污垢曲线模型具有蕴育期来解释.实验结果显示螺旋槽管的污垢渐近线值约为光滑管的52%～70%,并且污垢热阻随着流速增大显著减小,螺旋槽管的污垢热阻是流速的强函数.当其它参数不变,流速从0.25 m/s 增大到 0.75 m/s时,污垢热阻减小到原来的66.7%.努塞尔特准数值约为光滑管的1.8倍.     

板式换热器运行参数影响结垢的权重及机理分析

对比实验研究了不同工况(冷却水入口温度、流速)下板式换热器松花江冷却水污垢特性,将污垢热阻与这两种运行参数进行了灰色关联分析,并就运行参数对其结垢的影响逐一作了机理分析。结果表明:板内污垢为析晶、生物等污垢共同组成的混合污垢,呈渐近型增长且无诱导期;冷水入口温度比流速更影响结垢;结垢机理为:冷水入口温度的提升,强化了污垢的附着、削弱了污垢层的脱除,结垢由对流传质和表面反应共同控制,低流速以对流传质为主,高流速以表面反应为主;流速对污垢剥蚀的影响强于沉积,故流速增加,净结垢量减少,污垢增长率减小。     

管内颗粒污垢特性分析

为了研究强化管管内污垢特性,选取一组直肋管与光管管内颗粒污垢实验进行了分析,对光管和不同几何设计的3种内置直肋管进行了研究,实验所用颗粒为氧化铝和氧化铁颗粒,平均直径分别为1.75 μm和2.11 μm,质量密度约为1 500 mg/L,实验段的热流密度约为13 kW/m2.实验发现,光管的污垢热阻渐进值最小,其次是型号为30/10,30/20,15/10的直肋管,为此建立了一半理论化模型,对影响颗粒污垢形成的主要因素进行了研究.污垢模型从最常用的质量平衡模型出发,分别讨论了质量传递系数、壁面剪切应力、黏附几率、污垢抗分散强度的影响因素,理论模型与实验结果吻合良好.另外,在进行相应简化后,对实验相应管型进行了二维数值分析,数值分析采用控制容积法和标准k ω模型.为解释不同管型在抗垢性能上的差异,讨论了不同管型的近壁面流场分布以及壁面剪切应力对颗粒污垢沉积的影响,发现壁面剪切力越大,污垢热阻值越小,而肋间距是影响壁面剪切力的重要几何参数.数值模拟结果与经验公式和实验结果相比也有合理的偏差.     

缩放管内CaCO_3污垢形成过程的数值模拟

利用从传热传质角度结合表面化学反应知识模拟CaCO3污垢形成过程的数学模型,对缩放管不同工况进行了数值模拟计算.得出不同工况下,缩放管内CaCO3污垢的沉积率、剥蚀率、污垢热阻随时间的变化规律以及它们与流速、工质浓度、温差的关系.     

EPS颗粒整体集合的直剪试验研究

为研究聚苯乙烯泡沫颗粒整体集合的抗剪强度特性,通过直剪试验,针对粒径为1、3及5 mm的泡沫颗粒,测定了不同法向应力条件下剪应力与剪切位移之间的关系,分析了颗粒粒径及压缩性对抗剪强度的作用影响。结果表明:随着粒径的增加,EPS颗粒整体集合的抗剪强度逐渐降低;当EPS颗粒粒径由1 mm增加至5 mm时,其整体的内聚力由8.1 kPa减小至2.75 kPa,内摩擦角也随之减小,其原因在于EPS颗粒整体集合的压缩量随粒径的增加而增大。     

颗粒组分特性对稠密细颗粒固液两相流流动特性的影响

为进一步探讨旋转工况下稠密细颗粒固液两相流的流动特性,分析颗粒浓度、粒径和剪切速率对固液两相流流动特性的影响,以玻璃珠、水固液混合介质为研究对象,首先分析了颗粒浓度和粒径对群体颗粒沉降速度的影响;然后通过旋转流变仪测量了不同工况下流体的剪切应力与粘度,在回归分析的基础上获得同一粒径下不同浓度流体的流变特性曲线和粘度曲线;最后通过正交实验表(L8(4×24))分析了颗粒浓度、粒径、剪切速率对混合介质流变性能变化的影响。结果表明:在旋转工况下,稠密细颗粒固液两相流符合膨胀性非牛顿流体特征,粘度与剪切速速率呈递增指数关系,流体粘度随颗粒粒径的增大而减小,随颗粒浓度的增大而增大;对混合介质流变性能影响最大的因素是颗粒体积浓度,其次是粒径,最后是剪切速率。     

颗粒在横向紊动射流中运动轨迹的数值模拟

采用RNGk-ε模型与SIMPLEC算法,在不同射流比R与不同射流孔径D的横向紊动射流中,对不同粒径dp的颗粒运动进行了数值模拟。计算结果表明:①流场对射流孔外附近区域的颗粒的作用在以XZ为对称面Y方向上基本是对称分布的,随着|Y/D|的增加,射流引起的吸力作用是先增大后减小;②射流孔径增大,射流孔区域外的颗粒受到吸力作用增大,区域内的颗粒的加速行程变长,轨迹变化明显;③在射流孔区域内,R值越大,射流对颗粒的升力作用越大;④小粒径的颗粒跟随性好,其轨迹能更好地反映流场的变化趋势。     

基于多重光散射法及DLVO 理论研究TiO2 纳米颗粒在有机溶剂中的分散稳定性

利用Turbiscan多重光散射法研究了不同浓度的TiO_2纳米颗粒在混合有机溶剂悬浮体系中的分散稳定性及其影响因素。考察了不同浓度TiO_2纳米颗粒在混合有机溶剂中的粒径变化情况。基于DLVO理论分析了TiO_2纳米颗粒分散稳定性的机理。研究结果表明:随着混合有机溶剂悬浮体系中TiO_2纳米颗粒浓度逐渐增大,悬浮体系稳定性趋于下降,TiO_2颗粒粒径逐渐增加且运动速率加快,其机制在于TiO_2粒子间的光子自由程逐渐降低,相互间的吸引作用力逐渐增大。     

直角弯管硫酸钙污垢沉积特性研究

为了研究换热管内析晶污垢的成垢规律,对圆截面直角弯管内硫酸钙沉积特性进行了数值模拟,研究了不同入口速度、入口温度、溶液入口浓度和壁面温度对污垢沉积的影响,得到了硫酸钙沉积率、剥蚀率与污垢热阻随时间的变化规律。     

褐煤微波流化床干燥数值模拟及实验研究

基于欧拉多相流模型对微波流化床褐煤流化特性和干燥特性进行了数值模拟和实验研究。结果表明:随着微波功率和热风速度的增大,微波流化床褐煤的流化质量显著提高,干燥速率也随之增大。通过与实验结果对比发现,褐煤含水率数值模拟值稍微低于实验值。褐煤微波流化床干燥传热系数随着微波功率、气体温度和气体速度的增大而增大,随着干燥时间的延长传热系数则逐渐减小。