复合改性表面抑制颗粒污垢积聚特性分析

换热设备颗粒污垢一般指悬浮在流体中的固体颗粒在换热面上的积聚。开发了一种Ni-P-TiO₂防垢型复合改性表面,并将之用于板式换热器抑制纳米MgO颗粒污垢在换热表面的积聚。基于搭建的板式换热器颗粒污垢热阻动态监测实验系统,研究了不同冷却水流速(0.1~0.3 m/s)、入口温度(30~40℃)及纳米MgO浓度(100~400 mg/L)对Ni-P-TiO₂复合改性换热表面抑垢特性的影响。结果表明,随着流速的增加,污垢热阻渐近值减小了27.85%~34.41%;随着冷却水入口温度的升高,污垢热阻渐近值减小了25.15%~39.14%;随着MgO颗粒浓度的增加,热阻渐近值减小了26.15%~45.36%。结合Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能分析了其表面的抑垢性能,发现制备的Ni-P-TiO₂复合改性表面的表面能与纳米MgO颗粒污垢层的表面能相接近,符合Zhao提出的“最优表面能”抑垢理论。与常规板式换热器不锈钢表面相比,Ni-P-TiO₂复合改性表面不仅抑制了颗粒污垢的积聚,还降低了颗粒污垢的固着强度,使得积聚其上的颗粒污垢更容易被剥离换热表面,实现了换热表面持久高效抑垢。     

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。     

Ca2+环境下水质参数变化对板式换热器铁细菌微生物污垢的影响

换热设备微生物污垢形成机制和影响因素复杂,污垢数据和规律的获取难度较大。本文采用搭建的板式换热器循环冷却水实验系统,获得了加入Ca²⁺后板式换热器冷却水铁细菌微生物污垢热阻数据,研究了加入Ca²⁺后不同运行工况下冷却水水质参数（OD、pH、电导率）的变化,进一步分析了水质参数变化对微生物污垢生长带来的影响。结果表明,加入Ca²⁺后微生物污垢热阻渐变化明显。随着低温循环冷水进口温度增加,含有Ca²⁺和铁细菌的循环冷却水OD逐渐降低,pH则逐渐升高,电导率减小,微生物污垢热阻逐渐降低;随着流体速度的增加,循环冷却水OD则升高,pH降低,电导率增大,但流速的增大同样加剧了冷却水对通道壁面的剥蚀作用,导致微生物污垢热阻随流速增逐渐下降。     

Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性影响研究

为探究Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性的影响,利用化学镀工艺在碳钢表面制备Ni-P-PTFE复合镀层,以TiO₂纳米颗粒为研究对象,通过实验和理论分析的方式研究了不同表面能（PTFE浓度）下Ni-P-PTFE复合镀层在TiO₂悬浮液中的颗粒污垢沉积特性。结果表明：相比于碳钢试样,Ni-P-PTFE复合镀层对于TiO₂颗粒沉积具有较好的抑制效果。随着PTFE浓度的增加,复合镀层的表面能降低,污垢沉积量呈下降趋势,在表面能为26.8 mJ/m²（PTFE=12 ml/L）时,TiO₂颗粒污垢在Ni-P-PTFE复合镀层的沉积量最小。实验结果与应用扩展的DLVO理论计算出的最佳表面能结果相一致,也为针对不同类型颗粒在换热表面的沉积的抑垢提供了指导施镀的依据。     

润滑油在内插同轴交叉翼型涡产生器管内流动与传热特性分析

以润滑油为工质,采用数值方法对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热进行了数值模拟,分析了不同结构参数如扭率（T_r=3,4,5,6）、间距比（S_s/W=0.8,0.9,1.1,1.2）和基带宽度比（W_b/W=0.30,0.45,0.60,0.75）对圆管内插同轴交叉等腰梯形涡产生器的管内流动与传热特性的影响。结果表明：在相同Re下,平均Nusselt数Nu_m、二次流强度Se、强化传热因子JF均随扭率和间距比的减小而增大,而其与基带宽度比的变化没有明显规律,阻力系数f随着扭率的减小和基带宽度比的增大而增大,间距比对f的影响甚微。在相同结构参数下,JF和Se均随Re的增大而增大。在Re=50~1000范围内,相比于光滑圆管,内插不同结构参数的同轴交叉涡产生器的Nu_m增加了32.8%~208.6%,f增加了3.38~8.92倍,JF最大可达1.434。Nu_m与Se呈幂函数相关,内插同轴交叉翼型涡产生器管内的二次流强度决定了其对流换热强度。     

高低双螺旋片强化套管换热器壳侧换热

采用实验和数值模拟相结合的方法,研究了高低双螺旋片对套管换热器壳侧的强化换热效果.以仅带有高螺旋片的换热器结构为基础,研究了曲率ε分别为0.44、0.321和0.131时,Reynolds数在4000~20000范围内,低、高螺旋片高度之比l/W对壳侧换热平均Nusselt数Nu_m和流动阻力系数f的影响,考察了等泵功条件下换热器的综合传热性能.对ε=0.44的换热器研究结果表明:当l/W>1/2时双螺旋片强化传热效果显著,且研究工况中l/W=3/4时最优,此时与单一高螺旋片相比,Nu_m值平均提高了10.8%;研究范围内,综合强化传热因子PEC数在1.044~1.204.对不同曲率换热器的研究结果表明,同一l/W值下,PEC数随着曲率ε值的增大而增大,说明双螺旋片结构更适合强化曲率较大的套管换热器壳侧换热.     

Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性影响研究

为探究Ni-P-PTFE复合镀层对颗粒污垢沉积特性的影响,利用化学镀工艺在碳钢表面制备Ni-P-PTFE复合镀层,以TiO₂纳米颗粒为研究对象,通过实验和理论分析的方式研究了不同表面能（PTFE浓度）下Ni-P-PTFE复合镀层在TiO₂悬浮液中的颗粒污垢沉积特性。结果表明：相比于碳钢试样,Ni-P-PTFE复合镀层对于TiO₂颗粒沉积具有较好的抑制效果。随着PTFE浓度的增加,复合镀层的表面能降低,污垢沉积量呈下降趋势,在表面能为26.8 mJ/m²（PTFE=12 ml/L）时,TiO₂颗粒污垢在Ni-P-PTFE复合镀层的沉积量最小。实验结果与应用扩展的DLVO理论计算出的最佳表面能结果相一致,也为针对不同类型颗粒在换热表面的沉积的抑垢提供了指导施镀的依据。     

纳米粒子在多孔介质中迁移模型的优化

当前,纳米粒子在土壤等多孔介质中的传输多采用单集去除率（η）进行定量描述。然而,单集去除率仅考虑单个介质颗粒对纳米粒子的作用,并未考虑介质颗粒之间的孔隙对纳米粒子的拦截效应,如T-E模型。鉴于此,采用持水度（f_r）来定量反映多孔介质的孔隙特征,并对现有的T-E模型进行了修正。实验表明,纳米粒子通过具有相同孔隙度（f）砂柱的穿透率并不相同,且与持水度（f_r）呈反比关系。在此基础上,将截留机制产生的碰撞效率（η_I）调整为与孔隙度（f）和持水度（f_r）同时相关的表达式来实现对原有模型的优化。此外,通过砂柱对纳米二氧化硅（nSiO₂）的传输实验和纳米二氧化钛（nTiO₂）在不同粒径石英砂中的传输实验证明,优化模型适用于不同粒径的多孔介质并可以更准确地预测纳米粒子在多孔介质中的迁移。     

海水板式换热器微生物污垢特性的实验研究

海洋生物附着及低速海流等因素直接影响海水换热器换热效果。为研究海水板式换热器的污垢特性,本文采用自行设计的板式换热器实验装置,通过富集培养并分离出硫酸盐还原菌（SRB）,使其附着海水板式换热器设备,并利用扫描电镜及热阻试验台,实验研究了附着污垢层的形成、生长及其换热特性,并对低流速海流环境下换热器的污垢热阻特性进行了对比实验。实验结果表明：污垢层的形成在不同时期其形貌和特征不同。能谱分析显示其组成的元素主要为C、H、O、Ca,是由各种有机物和悬浮颗粒组成。在诱导期后,污垢热阻符合渐进污垢增长模型,1 m/s以内的低流速下污垢热阻随流速增大而增大。     

Ni-P化学镀层表面黏液形成菌微生物污垢特性

为了研究化学镀Ni-P换热器上黏液形成菌微生物污垢的特性,利用化学镀Ni-P的方式对低碳钢表面进行改性。采用微生物污垢对比实验,对低碳钢片和具有Ni-P镀层低碳钢片拍摄扫描电镜图,利用称重法记录污垢变化情况和光电比浊法记录黏液形成菌的数量变化情况。结果表明,Ni-P镀层表面形貌明显好于低碳钢;Ni-P镀层相比于碳钢具有很好的耐蚀性和抗微生物污垢特性;黏液形成菌生长繁殖旺盛和细菌代谢产物多时,微生物污垢的形成就快。相反,微生物污垢形成就慢。     

微肋结构对纳米流体绕流圆柱热性能的影响

为了改善传统换热器和换热介质的传热效率,通过两步法制备了不同质量分数（0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%）的TiO₂-水纳米流体,发展了不同微肋结构（竖直肋片和环形肋片）的绕流圆柱换热系统,通过实验研究了圆柱表面微肋结构的类型（竖直肋片和环形肋片）及数量（N₁₍₂₎=4,6,8）、纳米颗粒的质量分数（ω=0, 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4%, 0.5%）、Reynolds数（Re=514~1205）对绕流圆柱换热系统的影响。结果表明,纳米颗粒的添加和微肋结构能有效提高传热效率,圆柱表面温度明显降低,其中质量分数为0.4%的纳米流体在竖直肋片数量为6时表现出更好的换热性能。     

Application of a repellent urea–siloxane hybrid coating in the oil industry

Urea–siloxane hybrid coatings were prepared by the sol–gel method from a dipodal diurea silane and methyltriethoxysilane. The coatings combine corrosion protection and scratch and solvent resistance in one layer and enable the incorporation of polydimethylsiloxane (PDMS) to achieve repellent properties. PDMS of different molecular weights were investigated with a molecular weight of 2000–3500 g/mol providing a repellent surface with the best durability. The coating was applied on plate heat exchangers mounted on North Sea oil platforms to prevent crude-oil derived fouling. While the uncoated heat exchangers get clogged by waxy substances and require costly maintenance in regular intervals, the coated heat exchanger significantly prolongs the service interval by at least a factor of 3.     

螺旋扭曲管用于燃气轮机进气温度调节换热器的可行性研究

对将螺旋扭曲管用于燃机进气温度调节换热器进行可行性分析,模拟燃机进气加热器实际运行的工况条件进行综合传热性能实验研究,得到了传热与流阻准则关系式;引入综合评价因子概念并与传统钢铝翅片管换热器进行对比发现,螺旋扭曲管换热器是钢铝翅片管换热器的1.31~1.52倍。以某建设项目采用的E级PG9171E型机组为例,对采用螺旋扭曲管和钢铝翅片管的两种进气温度调节换热器进行对比发现：当采用螺旋扭曲管换热器时,在同样换热能力下,换热器风侧阻力增大了14.7%;在同等质量下,换热器换热能力提高9.9%左右。     

恒热流直管中纳米流体对流传热的实验研究(英文)

In this work, the laminar convective heat transfer performance and the pressure drop of water-based nanofluids containing Al2O3, TiO2 and SiO2 nanoparticles flowing through a straight circular tube were experimen-tally investigated. The experimental results showed that addition of small amounts of nano-sized Al2O3 and TiO2 particles to de-ionized water increased heat transfer coefficients considerably, while the SiO2 nanofluids showed the opposite behavior attracting the authors’ interests. An average of 16%and 8.2%increase in heat transfer coefficient were observed with the average of 28%and 15%penalty in pressure drop for Al2O3 and TiO2 nanofluids.     

Ti3C2Tx/Ni/TiO2复合粉体的制备及吸波性能研究

采用热处理的方法制备出二维层状Ti3C2Tx/Ni/TiO2复合粉体,并利用TG-DSC、SEM、XRD和XPS对样品进行表征分析,通过矢量网络分析仪测试样品的电磁参数并模拟计算不同涂层厚度下样品的反射损耗值(RL).结果表明:随着热处理温度的升高,样品中TiO2质量含量增加;当热处理温度为300℃时,在频率f=17....