恒热流条件下振动圆管外结垢特性实验研究

论文摘要

换热设备是工业生产中通用的工艺设备，95％以上的换热设备都存在不同程度的污垢问题，污垢的存在会使换热面的传热性能下降，流动阻力增加，由此而造成一系列的经济损失，且污垢的存在是强化换热技术所面临的难题之一。 本文建立了圆管污垢特性实验台，利用氯化钙、碳酸氢钠、氢氧化钠配置的人工硬水，在恒热流条件下进行了静止和振动圆管的结垢及振动强化传热实验研究。 在圆管静止条件下，通过实验得到不同加热功率下污垢热阻随着时间的变化规律。实验结果表明，污垢热阻随时间变化曲线为典型的渐近线型，且随着壁面温度的升高，污垢的结垢速率增加。 在圆管振动条件下，得到了在不同的振动振幅和频率下污垢生长曲线，并且拟合出了渐近污垢热阻值和振动雷诺数的关联式。实验结果表明，振动条件下的污垢热阻随时间变化曲线也为典型的渐近线型，且渐近污垢热阻随着振动雷诺数的增加而呈指数形式减小。相同工况条件下，圆管振动时的渐近污垢热阻较静止时的小。 本文对圆管先振动再变为静止进行了结垢实验研究，得到了整个过程中污垢的生长曲线。实验结果表明，最后的渐近污垢热阻比圆管振动时增加了35％，说明圆管振动较静止时的剥蚀力大，振动具有更好的抑垢效果。 本文还围绕圆管振动强化传热进行了研究，测得了管外平均对流换热系数随振动频率和振幅的变化关系，得到管外对流换热的拟合公式，可作为圆管外流体与壁面间传质强弱的参考。同一振动Re_v数下的高频低振幅振动要比低频高振幅振动对管外对流换热的强化效果要好。 本文对振动圆管外污垢溶解过程和剥落过程作了模型分析，分析指出：圆管振动造成的传质增强能加速污垢的溶解，而圆管振动时造成壁面剪应力的反复改变可以更有效的造成污垢剥落。 上述研究结果对了解振动条件下污垢的生成规律具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号对照表
• 1. 引言
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 污垢的分类
• 1.3 污垢的形成过程
• 1.4 污垢影响因素
• 1.5 国内外研究现状
• 1.6 本文的工作
• 2. 实验台的建立及误差分析
• 2.1 实验系统
• 2.2 实验内容
• 2.3 实验原理
• 2.4 实验数据处理及误差分析
• 3. 圆管壁面上污垢生长过程的实验研究
• 3.1 实验结果和分析
• 3.1.1 静止圆管结垢实验结果分析
• 3.1.2 振动圆管结垢实验结果分析
• 3.1.3 圆管由振动状态变为静止的结垢特性
• 3.2 结垢形态的分析
• 4. 振动强化传热实验研究
• 4.1 管外对流换热系数随振动频率的变化关系
• 4.2 振幅、频率、振动雷诺数对 Nu数的影响
• 5. 关于振动圆管结垢过程中污垢模型的探讨
• 6. 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 学位论文评阅及答辩情况表