颗粒性质对颗粒污垢成垢影响的数值模拟研究

为了探究颗粒性质对换热面上颗粒污垢成垢过程的影响,本文建立了颗粒污垢沉积和剥蚀模型,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,借助Fluent软件,对不同颗粒性质条件下颗粒污垢的沉积过程进行了数值模拟。结果显示,颗粒污垢热阻先增加后平稳,一段时间后达到一个渐近值。随着颗粒密度的增大,结垢速率逐渐减缓,但由于物性参数不同,污垢热阻值呈现不同的变化规律;随着颗粒粒径的增大,结垢速率逐渐减缓,污垢热阻渐近值随之增大;随着颗粒浓度的增大,结垢速率逐渐加快,污垢热阻渐近值也随之增大。由数值模拟结果可知,减小颗粒浓度和粒径可减缓结垢速率,减小污垢热阻渐近值;颗粒种类对污垢热阻的影响较大。该方法对研究污水中多种颗粒沉积规律具有重要意义。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

考虑结垢传质时管内紊流对流换热系数的确定

从热质传递的薄膜理论出发,结合Kern和Seaton提出的渐近污垢模型,研究在紊流状态下污垢形成阶段管内的对流换热特性,得到在考虑结垢传质过程条件下管内紊流对流换热系数的计算式。研究结果表明,污垢的沉积使总的对流换热系数随时间的推移逐渐下降最后趋于一定值,与没有污垢时的情况相比,在污垢形成的初始阶段出现换热增强的现象,但此效果并不明显,且污垢对管内对流换热效果受到管径、管壁温、流速及流体入口温度等因素的影响。     

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%.     

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。     

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。     

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.     

煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质数值研究

基于欧拉-拉格朗日方法对煤气化辐射废锅内高温气固两相流动传热传质特性进行了三维数值计算,水冷壁上的灰渣沉积过程采用熔渣沉积反弹模型描述。结果表明:灰渣沉积主要发生在辐射废锅的中下部,射流区流速和温度在距离底部5.5 m处迅速衰减,灰渣厚度和导热热阻在此处迅速增加,对流辐射复合换热系数和传热系数在此处迅速下降;随着入口温度的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐升高,对流辐射复合换热系数和传热系数由于温差的影响也逐渐升高;随着操作压力的升高,壁面沉积厚度和导热热阻逐渐下降,对流辐射复合换热系数和传热系数逐渐升高。     

污垢对污水源热泵系统性能影响

为保证寒冷环境下污水生物处理顺利进行,根据哈尔滨某制药厂的实际情况,提出以处理后污水为热源的污水源热泵系统,用以加热原生污水.而污垢问题是污水源热泵设计和推广使用的难点和重点.讨论污垢与换热的理论关系,并详细模拟污垢热阻变化对该污水源热泵系统性能的影响.模拟和分析结果表明,换热器的淋激式结构适合污水环境,污垢对换热的影响不仅与污垢热阻有关,还与传热系数的大小有关.污垢热阻增加,系统能效比减小,制冷剂质量流量减少,冷凝器侧污水出口温度降低,当该温度低于30℃时应考虑除垢.污垢热阻从0增加到5.28×10-4m2.K/W,压缩机输入功率增大18.02%.污垢热阻越小,制冷剂就可以以越低的平均温度提升污水温度.     

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。     

蛇形流道太阳能平板集热器的数值分析

为了提高集热器的集热效率和减小占地面积,对传统的平板集热器流道进行改进,把整体空腔流道改为蛇形流道.利用CFD软件对蛇形流道太阳能平板集热器进行数值模拟,分析集热器入口流速对集热器出口温度和集热效率的影响.结果表明:蛇形流道太阳能平板集热器内部特殊的流道为空气提供有效的漩涡生成场所;入口速度越大,漩涡越大;相邻两气腔内的漩涡越近,集热效果越好.随着入口流速的增加,集热器效率明显增加直到稳定.该模型下的集热效率最高能达到0.76.集热器出口温度随入口流速的增加逐渐降低直到稳定,稳定温度下对应的最低流速为4 m/s,并且出口温度随辐射强度的增加而增大.     

基于CFD的铣槽机泥浆运移规律数值模拟及施工优化

以铣槽机泥浆运移过程为研究对象,利用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)中的欧拉两相流模型,对泥浆管中的固液两相流进行模拟,并改变泥浆入口流速、泥浆黏度及密度等基本参数,得到不同参数条件下泥浆整体运移规律。结果表明：随着开挖深度增大,泥浆管压力损失减小,最大颗粒体积分数变化不明显;随着入口流速增大,最大颗粒体积分数呈现先减小后增大趋势,入口流速约为5～7 m/s时具有最小的颗粒堆积浓度;随着泥浆黏度及密度增大,泥浆运移时颗粒堆积情况减少,但泥浆黏度超过2.5 kg/(m·s)时,对泥浆携渣能力的提升作用减弱,泥浆管路压力损失明显增大;对比分析不同地层硬度导致颗粒直径变化对泥浆运移的影响,颗粒直径增大,颗粒堆积情况显著增加。根据模拟结果,对双轮铣地连墙施工提出优化措施,为解决泥浆循环过程中输送阻力大、管道淤堵等问题提供相应指导。     

管内流动对析晶污垢沉积特性影响的数值模拟

为研究管内流动对析晶污垢沉积和管内对流换热的影响,采用编程的方式对管内流动和析晶沉积过程进行数值模拟。得出不同流速对管内对流换热的影响,并结合污垢沉积模型分析了不同Re数对污垢沉积率、剥蚀率以及净沉积率的影响。结果表明,剥蚀率、沉积率和净沉积率随着Re数的增加均呈现减小的趋势,但不同Re数各变量影响程度略有不同,当Re数高于10000后,三个变量几乎没有变化。     

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.     

基于灰色理论模型的交叉缩放椭圆管污垢特性预测

灰色系统理论是一种研究少数据、贫信息的不确定性问题的新方法.灰预测模型具有所需数据少、预测精度高和无需先验信息的优点.搭建了污垢实验系统来测量管壁温度和出、入口温度等参数,计算出污垢热阻值.用灰色新陈代谢模型对交叉缩放椭圆管污垢预测.结果表明:该模型预测精度较高,可用该模型对污垢热阻进行预测.