污垢对管内层流对流换热场协同影响的数值研究
污垢的形成及其对壳管式换热器设计的影响
污垢的形成及其对壳管式换热器设计的影响壳管式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于工业生产和生活中。
在长时间使用过程中，壳管式换热器内部很容易出现污垢，从而严重影响换热器的换热效率和使用寿命。
本文将从污垢的形成和对壳管式换热器设计的影响两个方面进行讲解。
一、污垢的形成污垢是指在壳管式换热器中产生的各种沉积物和附着物。
壳管式换热器内部流体的物理性质、使用条件和材料的选择等因素都可能会影响污垢的产生。
一般来说，污垢可以分为以下几类：1.氧化物和锈垢：当换热器内部介质的化学特性发生变化时，就会出现氧化、腐蚀和锈垢的问题。
这些物质不仅会对换热器材料造成损伤，还会对流体的流动和换热效率产生不利影响。
2.沉积物：当流体中存在悬浮颗粒或可溶性离子时，就会在管壁上形成沉积物。
这些沉积物可能是矿物质、盐类、藻类等，它们的形成会堵塞管道，降低热传导速率，导致换热器的效率下降。
3.生物膜：当壳管式换热器内流体温度适宜时，生物组织就会在管壁上生长，形成生物膜。
这些生物膜可能由菌类、藻类、微生物等组成，它们的生长会增加管壁的粗糙度，导致流体阻力增加，更容易形成污垢。
二、污垢对壳管式换热器设计的影响污垢对壳管式换热器的影响主要表现在以下几个方面：1.降低换热效率：当壳管式换热器内部产生污垢时，会对热传导系数和传热面积造成影响，导致换热效率下降。
特别是在流体流速较低的情况下，污垢对热传导的影响更加明显。
2.增加压降：壳管式换热器内部污垢的积聚会导致管道阻塞，增加流体的动力损失和流体的流动阻力，从而增加管路的压降。
这会影响到流量和热传递的稳定性，缩短换热器的使用寿命。
3.增加维护费用：当壳管式换热器内部产生污垢时，需要进行定期清洗和维护。
清洗和维护的频率会取决于换热器内部的污垢情况和使用环境等因素，这会增加企业的维护成本和工作量。
结论综上所述，壳管式换热器内部污垢的形成和对设计的影响是一个十分复杂的问题。
为了保证换热器的正常运行和提高换热效率，我们需要加强对换热器材料的选择和使用条件的控制，同时定期进行清洗和维护，以保证壳管式换热器的长期可靠运行。
波纹管内层流脉动传热和阻力特性的数值研究
波纹管内层流脉动传热和阻力特性的数值研究喻九阳;聂思皓;郑小涛;林纬【摘要】To explore the possibility of complex enhanced heat transfer, the characteristic of heat transfer and pressure drop of pulsating flow in a corrugated tube was numerically studied by using commercial CFD package Fluent. The temperature of tube wall was fixed at 293K, water was set as the working fluid, inlet temperature was 333 K and mean velocity was 0. 02 m/s, the frequency of pulsating fluid was set as 2 Hz, 4 Hz, 5 Hz,8 Hz, 10 Hz and the magnitude of that was set as 0. 2, 0. 4, 0. 6, 0. 8,1, respectively, the pressure of outlet was set as 0. The enhancement coefficients of heat transfer and pressure drop were analyzed. The results show that heat transfer can either be enhanced or weakened by pulsating flow; compared with steady flow, heat transfer enhancement coefficient increases maximumly 5. 9%; pressure drop of corrugated tube is increased by pulsating flow. When A ≥0. 8 and f≥4 Hz, the effect of pulsating flow on heat transfer is more obvious than that on pressure drop. The periodical formation and disappearance of vortex is the main reason for heat transfer enhancement and pressure drop.%为探讨波纹管和脉动流同时使用能否实现复合强化传热的效果,利用计算流体力学软件Fluent数值模拟了波纹管在管内流体发生周期性速度变化条件下的传热和阻力特性.模拟的边界条件为:管壁温度293K；管内工质为水,入口温度333 K,平均流速0.02m/s,脉动频率f分别取2、4、5、8、10 Hz,振幅A分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1；出口压力为0.通过分析传热强化系数、沿程阻力增强系数、效应评价准则数,结果显示:管内脉动流既能强化波纹管的传热也会弱化传热；相比稳态流条件,传热最大能被强化约5.9％；脉动流会增大波纹管的沿程阻力；综合考虑传热的强化作用和流动阻力的增加,在A≥0.8且f≥4 Hz条件下,管内脉动与波纹管能起到复合强化传热效果；脉动流条件下波节附近漩涡周期性的产生和消失是传热被强化和沿程阻力增加的主要原因.【期刊名称】《武汉工程大学学报》【年(卷),期】2013(035)002【总页数】5页(P60-64)【关键词】Fluent;脉动流;波纹管;强化传热【作者】喻九阳;聂思皓;郑小涛;林纬【作者单位】武汉工程大学机电工程学院,湖北武汉430074;武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TK172.40 引言波纹管是一种大小圆弧相切、内外波形如波纹状的薄壁管子，可通过液压成型、机械胀型、滚压成型等方法进行加工得到.作为一种高效强化换热管，国内外的研究人员对波纹管的传热和流动特性进行了各种研究[1-2].总体上讲，所有研究成果均表明波纹管具有显著的强化传热效果.脉动流是指流量及相关参数按照某种规律(如正弦)周期变化的流体.通常认为，流体的脉动能改变边界层的厚度、抑制污垢的形成，从而降低热阻，达到强化传热的目的.但是目前的研究成果对脉动流对传热的影响没有取得一致的结论.Mackley M R 等[3]认为脉动流能强化传热，而Himadri Chattopadhyay、Valueva E P等[4-5]认为脉动流传热对应的边界条件和脉动流流动参数决定了脉动流是否能强化传热. 关于波纹管和脉动流同时使用能否实现复合强化传热方面的研究还很少[6-7]，基于此，本文利用Fluent软件数值模拟了恒壁温条件下波纹管管内层流脉动的传热和阻力特性，探讨实现复合强化传热的可能性.1 模型及边界条件1.1 模型的简化假设(1)流体不可压缩.(2)忽略重力影响.(3)流体物性保持不变.(4)壁面速度无滑移.(5)忽略纵向速度、温度和压力等的变化.管内流动与换热为轴对称分布，为简化问题只取管子轴线上半部分为研究对象，因此问题被简化为二维常物性、非稳态、轴对称传热与流动问题.1.2 几何模型波纹管的结构示意图如图1所示(单位：mm).波纹管总长L=1 820 mm，大圆弧半径R1=12 mm，基管直径D=19 mm，波距a=18 mm，小圆弧半径R2根据几何参数R1、D和a确定.波纹管共有92个波节，为消除进出口段的影响，在管的前后各增加了一长度为70 mm的直管段.1.3 网格与边界条件利用Gambit软件采用结构化四边形网格对几何模型进行网格划分，考虑到边界对传热和流动的影响，对壁面附近的网格进行加密.图1 波纹管结构示意图Fig.1 Schematic of corrugated tube管内工作介质为水，入口温度为333 K.水在333 K时各物性参数如表1所示.管入口流速由用户自定义程序UDF输入，其表达式为vi=vs[1+Asin(2πft)](1)表1 水在333 K时的物性参数Table 1 Parameters of water when temperature is 333 K物性参数密度ρ/kg·m-3比热容cp/kJ·(kg·K)-1导热系数λ/W·(m·K)-1粘度μ/Pa·s数值983．24．1780．659446．88×10-5其中，vi为入口流体的瞬时速度，vs为稳态速度，计算时取0.02 m/s；A为脉动流的无量纲振幅，分别取0.2、0.4、0.6、0.8、1；f为脉动流的频率，分别取2 Hz、4 Hz、5 Hz、8 Hz、10 Hz.壁面边界条件为恒壁温，壁面温度tw=293 K.出口设定为压力出口，压力为0.2 数值结果分析2.1 参数定义平均对流换热系数为(2)式(2)中，qm为管内流体的质量流量，kg/s；cp为流体的比热容，kJ/(kg·K)；ΔT 为流体进出口的温差，K；A为换热面积，m2；Δtm为流体与壁面的对数平均温差.沿程阻力损失为(3)式(3)中：Δpf为管进出口的压强降，Pa；ρ为水的密度，kg/m3.为分析流体脉动相比稳态时的换热效果，定义传热强化系数为(4)式(4)中，αp为有脉动条件下周期平均对流换热系数，W/(m2·K)；αs为稳态条件下的平均对流换热系数，W/(m2·K).为分析流体脉动相比稳态时的沿程阻力情况，定义沿程阻力增强系数[8]为(5)式(5)中，hfp为有脉动条件下管沿程阻力损失的周期平均值，J/kg；hfs为稳态条件下管沿程阻力损失，J/kg；Δpfp为有脉动条件下管进出口压强降的周期平均值，Pa；Δpfs为稳态条件下管进出口的压强降，Pa.为评价管内脉动对传热和流动的综合效应，定义效应评价准则数[9]为(6)当E>0时，表明强化换热的效果比沿程阻力损失的增大更显著.2.2 脉动流对波纹管传热性能的影响在不同无因次振幅A条件下，传热强化系数E(α)与脉动频率f之间的关系如图2所示.在A=0.2、0.4、0.6、0.8时，E(α)随着f的增大先增大后减小然后再增大；当A=1时随着f的增大一直增大.当A<0.8时，在各频率条件下传热总是被弱化；当A=0.8时，在f<3 Hz的条件下传热被弱化，在f≥3 Hz条件下传热被强化；当A=1时，在各频率条件下传热均被强化.A=1且f=10 Hz条件下强化传热效果最好，相比稳态流传热被强化约5.9%.图2 不同振幅下E(α)与f的关系Fig.2 The relationship between E(α) and f when A changes 注：2.3 脉动流对波纹管阻力特性的影响在不同无因次振幅A条件下，沿程阻力增强系数E(λ)与脉动频率f之间的关系如图3所示.在A一定的条件下，E(λ)随着f的增大而减小；在f一定的条件下，E(λ)随着A的增大而增大.A越大、f越小则E(λ)越大，在A=1且f=2 Hz条件下，沿程阻力损失相比稳态流增大了约13.2%.这说明脉动流会使波纹管的沿程阻力增大，强化传热是以增大沿程阻力为代价的.图3 不同振幅下E(λ)与f的关系Fig.3 The relationship between E(λ) and f when A changes 注：2.4 脉动流对传热和阻力综合效应的评价在不同无因次振幅A条件下，效应评价准则数E与f的关系如图4所示.图4 不同振幅下E与f的关系Fig.4 The relationship between E and f when A changes 注：从图4中可以看出，当A≥0.8时，而且在f≥4 Hz的条件下，E>0，在其它条件下E均小于零.这表明，尽管脉动流在强化传热的同时不可避免的带来了沿程阻力的增加，但是在此条件下强化传热的效果较沿程阻力的增加更加显著，波纹管与脉动流一起使用能起到复合强化传热的效果.3 波纹管内脉动流强化传热原因的分析稳态条件下波纹管第78个波节处的速度矢量图如图5所示(单位：m/s).稳态时，流体在波峰附近形成逆时针方向的漩涡，但此区域流体的速度比主流区的速度低得多，接近于0，使得此区域变成不参与热量或质量交换的传热或传质的死区，导致边界层厚度增加，总传热系数降低[10].图5 稳态条件下的速度矢量图Fig.5 Diagrams of velocity vectors of steady flow脉动频率f=10 Hz、无量纲振幅A=1条件下第78个波节处在一个脉动周期内不同时刻时的速度矢量图如图6(a)～(e)所示.在前半个周期内，流体均向前流动；在半周期附近时，漩涡从波峰附近形成并向主流区移动，随后又向波峰处移动，直至最后消失.漩涡在移动的过程中加剧了热量从主流体向波峰附近低温流体的移动，使得传热性能得到一定的改善.同时，由于漩涡的不断形成和消失，导致管道的沿程阻力系数随之增大.图6 脉动条件下的速度矢量图Fig.6 Diagrams of velocity vectors of pulsatiuy flow4 结语利用数值计算，研究了管内层流脉动条件下波纹管的传热和阻力特性，得到如下结论：a.在本文条件下，管内脉动流既能强化波纹管的传热也能弱化传热；相比稳态流条件，传热最大被强化约5.9%.b.脉动流会增大波纹管的沿程阻力；传热的强化是以增大沿程阻力为代价的.c.综合考虑脉动流对传热和沿程阻力的影响，在A≥0.8且f≥4 Hz条件下管内脉动与波纹管能起到复合强化传热效果.d.脉动流条件下波节附近漩涡周期性的产生和消失是传热被强化和沿程阻力增加的主要原因.致谢本文的研究工作得到了国家自然科学基金项目(No.50976080)——《列管式换热器流体诱导振动强化传热机理研究》的资助.参考文献：[1] 肖金花, 钱才富, 王凤林,等. 波纹管对高黏度介质的强化传热研究[J]. 北京化工大学学报：自然科学版,2007,34(1):53-57.[2] 俞接成, 杜晓萌. 波纹管层流传热与流动的三维数值模拟[J]. 北京石油化工学院学报,2011,19(4):11-16.[3] Mackley M R, Stonestreet P. Heat transfer and ass-ociated energy dissipation for oscillatory flow in baff-led tubes [J]. Chemical Engineering Science,1995,50(14):2211-2224.[4] Chattopadhyay H, Durst F, Ray S. Analysis of heat transfer in simultaneously developing pulsating laminar flow in a pipe with constant wall temperature[J]. International Communications in Heat and Mass Transfer,2006(33):475-481.[5] Valueva E P. Hydrodynamics and heat transfer in pulsating turbulent flow of gas in a heated pipe[J]. High Temperature,2006(44):120-128. [6] 汪威, 喻九阳, 杨侠,等. 波节管脉冲流强化对流换热数值分析[J]. 武汉工程大学学报,2010,32(3):89-91.[7] 林纬, 喻九阳, 吴艳阳,等. 横纹管脉冲流流动与换热数值分析[J]. 武汉工程大学学报,2011,33(5):89-93.[8] 胡玉生, 曾丹苓, 李友荣,等. 恒壁温下管内流体脉动流动对流换热的数值模拟[J]. 工业加热,2006,35(1):3-6.[9] 林宗虎, 汪君, 李瑞阳,等. 强化传热技术[M].北京：化学工业出版社,2007.[10] 肖金花, 钱才富, 黄志新,等. 波纹管传热强化效果与机理研究[J]. 化学工程,2007,35(1):12-15.。
污垢对换热管内三场协同影响的研究
2014年第11期Study on Impact of Fouling on Three 鄄field Synergy in Heat Transfer TubeYAO Kai 1,ZHANG Aiping 2(1.Zhejiang Zheneng Taizhou Second Power Generation Co.,Ltd.,Taizhou Zhejiang 317100,China ;2.Northeast Dianli University ,Jilin 132012,China )Abstract:By use of numerical analysis ,circular tubes with different fouling thicknesses are numerically sim ⁃ulated.In laminar flow and turbulent flow ,the impact of fouling on velocity field ,temperature field and pres ⁃sure field as well as three ⁃field synergy is investigated.The result shows that the synergy angles of velocity field ,temperature field and pressure field change as the fouling thicknesses do ,which therefore influences heat exchange intensity of heat exchange tube and power consumption for flow as well as comprehensive heat transfer coefficient.Key words:heat exchanger ;fouling ;convective heat exchange ;field synergy火力发电厂生产过程中,换热器结垢严重时需要停机检修。
污垢的形成及其对壳管式换热器设计的影响
污垢的形成及其对壳管式换热器设计的影响一、引言壳管式换热器是目前工业上应用比较广泛的一种换热设备，其主要作用是将热量从一个介质传递到另一个介质中，以实现物质的加热或降温。
然而，在使用过程中，由于介质中可能存在一些杂质和成分，这些杂质和成分会堆积在换热器的内部表面上，形成污垢。
这些污垢会对壳管式换热器的性能和稳定性产生影响，因此，了解污垢的形成以及对换热器设计的影响，是保证换热器正常运行的关键。
二、污垢的形成当介质通过壳管式换热器时，介质中可能存在一些杂质和成分，例如固体颗粒、沉积物、氧化产物等。
这些杂质和成分会随着介质的流动，在壳管式换热器内部表面上积聚并逐渐形成污垢。
污垢主要分为两类：一类是机械污垢，它是由一些固体颗粒、沉积物等杂质直接附着在壳管式换热器内部表面上形成的；另一类是化学污垢，它是由介质中的一些成分和杂质在高温高压的条件下发生化学反应而生成的一种复杂的混合物。
在化学污垢中，最常见的是硫化物和氧化物。
三、污垢对壳管式换热器设计的影响1.换热效率降低污垢的形成会导致壳管式换热器内部表面积聚大量的杂质和成分，从而降低了换热器的传热效率。
这是因为污垢通过与介质之间形成一层障壁，阻挡了热量的传递，使得热传递的效率大大降低。
2.流阻增大污垢的形成还会导致壳管式换热器内部流路变窄，使得介质流动阻力增大，从而导致介质流量降低，影响了换热器的正常运行。
3.降低使用寿命污垢的形成还会增加壳管式换热器的腐蚀和磨损的风险，从而缩短了换热器的使用寿命。
四、污垢的预防和清除为了保证壳管式换热器的正常运行，减少污垢对其产生影响，需要采用以下预防措施：1.选择合适的介质，避免介质中含有大量的杂质和成分；2.选用合适的过滤器，将介质中的颗粒和污渍过滤掉；3.定期对壳管式换热器进行清洗和维护，保持其内部表面的清洁。
在清洗壳管式换热器时，需要采用以下方法：1.机械清洗。
使用刷子、刮板等工具对换热器表面进行刷洗、刮擦等处理；2.化学清洗。
污垢对管内层流对流换热场协同影响的数值研究
化
工
机
械
２１ ０ ０年
污垢 对 管 内层 流对 流换 热场 协 同影 响 的 数 值 研 究
张艾 萍
（ 华北 电力 大 学 ）
徐 志明
贺香 英
（东 北 电力 大学 ）
摘
要
利 用数值 分析 的方法， 研究 了污垢对管 内层流对流换热速度场、 温度 场及 它们 之 间协 同度 的影
中图分 类号
由于换 热 器 工质 不 洁物 质 在换 热 面上 沉 积 ， 使 得绝大 部分换 热器 管 内都会 产生 污垢 。这些 污
１ 数 值计 算模 型 １ １ 几何 模 型 ．
垢不仅影响热流的传递 ， 而且对管 内流体 的流场 和温度场的分布都有一定 的影响。很多学者和专
家 对对流换 热 和污垢 热 阻 的影 响及 污垢 的监测 和
面 为无 滑移边 界 ； ｄ ．管 子 周 向速 度 、 度 和 压 力 等 的 变 化 可 温 略 而不计 （ 即简化成 二 维 问题 ） 。
…
～
…
一
卜～ 十…１ Ｌ０ 一 一一
ｊ ｛
一 十一 一…一 一一… ４ …
｝ ｉ
ｌ
） ，
ｚ
一 ｉ
Ｌ
ａ ．三维 网格模型
ｂ ．二维平面网格模 型
图 １ 数值 计 算几何模 型
国家 重 点 基 础 研 究 发 展 规 划 基 金 项 目（０ ７ Ｂ ０９ ） ２０Ｃ ２６０ 。 ４
张艾萍 ， ，９ ８年 ２月生 ， 男 １６ 教授 。 京市 ，０ ２６ 北 １２ ０ 。
第３ ７卷
第 ２期
化
工
机
械
污垢的形成及其对壳管式换热器设计的影响
从图１可以看出液膜温度和流体流速对污垢 形成的影响。图中Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３，曲线表示在对应 的流体流速和液膜温度下，在一定时间内所形成 的污垢热阻。图１也说明在设计中冷凝器的污垢 系数要比蒸发器的污垢系数大的原因。在某一特 定工况下，当流体流速达到一定数值时，污垢所产 生的热阻趋于零。这意味着对应于这个流体流速 在一定时间内换热器管内可以保持接近清洁的状 态，这对换热器的设计是非常有好处的。 由上述分析可知，在一定工况下，换热器热端 总会有极限流速，当流体流速大于这个流速时，就 可以在一定时间内保持换热器内污垢系数接近 零。令式（１）中的ｄｒ／ｄｔ等于零，可以得到极限流
Ｑ＝ＵＡ△Ｔ。
（５）
式中：Ａ为总的传热面积（ｍ２）；△丁。是平均温差 （Ｋ，通常用对数平均温差）；Ｕ为总的传热系数 （Ｗ／（ｍ２・Ｋ）），计算式为
１／Ｕ＝Ｒ。＋ｒ＋１／ｈ； （６）
划一
竺苎些竺
上节的计算中忽略了污垢对设计产生的影
管子长度
３污垢对换热器设计的影响
式中：Ｒ。为管外侧和管壁所产生总的热阻（ｍ２・Ｋ／ ｗ）；＾。是管内侧换热系数（Ｗ／（ｍ２・Ｋ））。 笔者旨在研究管内污垢对换热的影响，所以 这里的Ｕ，Ａ和ｈ都是基于管内直径计算的。同时 假设换热器内部是清洁的，没有考虑污垢的影响。 管内换热系数按照经典的迪图斯一贝尔特关联式ｎ］ 来计算：
与图４比较，传热设计曲线很明显地向右方偏
万 方数据
第１期
吕振海等：污垢的形成及其对壳管式换热器设计的影响
移了，也就是说有效设计区域和最佳设计点都向 右边偏移了。比较图４和图５的最佳设计点，增加 了污垢影响后的换热管个数和长度都比没有考虑 污垢的设计增大了。因为增加换热管个数后，流 体速度降低，此时压降下降，为了达到相同的压 降，就需要更长的管子。如果提高此时的设计压 降，则可以减少换热管个数，但需要更长的换热 管。在图５中，虚线表示的就是增加压降后的压降 曲线。可以看出在相同的长度下对应这条曲线的 换热管个数明显较增加压降前的少。可见增加设 计压降是减小换热器尺寸的一个有效方法。但 是，在设计中也不能一味地追求增加压降，这样会 增加用户成本。 在壳管式换热器中，随着污垢在传热表面上 的积聚，流道表面粗糙度增加，导致摩擦系数增 大，并且流体流通截面积减小，在相同体积流量 下，流体速度增加，压降增大，因此在设计时必须 考虑这种影响。在计算污垢对流体流动压降的影 响时，首先计算清洁状况下的流动压降，确定污垢 层厚度，然后在保持流体流量不变的情况下，计算 计及污垢影响后的流体流速，最后计算污垢影响 下的流体流动压降口］。杨善让等∞３较为详细地论 述了换热器压降受污垢的影响。 对于“包迹图”模型上的传热曲线，当不断地 增加换热管长度同时减少换热管个数时，管内流 体的速度不停地变化。从前面的分析可知，在一 定条件下，当出口流体速度达到一定数值时，在一 段时间内，管内就不会形成污垢。图６就是根据这 一现象描绘出来的。
换热设备污垢设计报告
目录第1章绪论 (1)1.1课题背景与意义 (1)1.1.1 课题介绍 (1)1.1.2设计要求 (1)1.2污垢测量方法及测量原理 (2)1.2.1污垢测量方法 (2)1.2.2测量污垢热阻原理 (2)第2章温度测量 (4)2.1温度检测方法 (4)2.2检测方法选择及依据 (4)2.2.1管壁温度采用热电偶测量 (4)2.2.2水浴和进出口温度采用热电阻测量 (4)2.2.3方法选择依据 (5)2.3仪表选择及依据 (5)2.3.1仪表选择 (5)2.3.2仪表选择依据 (5)2.4误差分析及注意事项 (5)2.4.1误差分析 (5)2.4.2注意事项 (6)第3章水位测量 (7)3.1水位检测方法 (7)3.2测量方法选择及依据 (7)3.2.1测量方法选择 (7)3.2.2方法选择依据 (7)3.3仪表选择及依据 (8)3.3.1仪表选择 (8)3.3.2仪表选择依据 (8)3.4误差分析及注意事项 (8)3.4.1误差分析 (8)3.4.2注意事项 (8)第4章流量测量 (9)4.1流量测量方法 (9)4.2测量方法选择及依据 (9)4.2.1测量方法选择 (9)4.2.2方法选择依据 (9)4.3仪表选择及依据 (10)4.3.1仪表选择 (10)4.3.2仪表选择依据 (10)4.4误差分析及注意事项 (10)4.4.1误差分析 (10)4.4.2注意事项 (10)第5章差压测量 (11)5.1差压检测方法 (11)5.2测量方法选择及依据 (11)5.2.1测量方法选择 (11)5.2.2方法选择依据 (11)5.3仪表选择及依据 (11)5.3.1仪表选择 (11)5.3.2仪表选择依据 (12)5.4误差分析及注意事项 (12)5.4.1误差分析 (12)5.4.2注意事项 (12)心得体会 (13)参考文献 (14)第1章绪论1.1 课题背景与意义污垢广泛存在于工业生产的多种过程中，严重妨碍换热设备的正常运行，造成能源的巨大浪费和惊人的经济损失，是传热界十分关注而又未能完全解决的主要问题之一，对结垢规律的研究已受到人们的广泛关注。
实验研究-污水源热泵系统中换热器污垢热阻的实验研究
( 1)
最早的污垢模型是 1924 年由 McCabe 和 Robinso n 针 对蒸发器水垢提出的 [3 ] 。但最重要的模型是 1959 年 Kern 和 Seaton 提出的微分形式污垢分析模型 后来污垢研究奠定了理论基础 。 在污垢的形成过程中 ,一方面污秽物质会沉积到换热 面上 ,增加热阻 ; 但另一方面污垢组分被流体冲击而剥离 , 污垢热阻减小 。 Kern 和 Seato n 根据这一推测 , 提出以下 常微分方程来描述这一过程 。
对于颗粒污垢粒粒径流体流速颗粒物浓度换热管表面粗糙度等多种因素的影响综上所述参照zubaisheikh等人建立的渐进污垢积聚热阻预测模型式的结构形式可以得到在北京悦都酒店的实际工程中当污水流量为110在换热器内产生的污垢的热阻预测模型式为然误差可能稍大但在实际工程允许的范围内并且实验的数据对以后的工程和具体的换热器计算具有较大的指导意工程中所使用的是未经处理的原生污水污垢生长速达到稳定的时间短所以没有必要对换热器进行频繁的清洗只要一个供暖期结束后进行清洗即可本实验仅采用了污垢热阻法进行监测在今后的研究工作中还应采用其他监测方法与此方法进行互相校验如之前介绍的污垢压降测量法以得到可靠的数据对实际工程进行更准确地指导孙德兴
3 污垢积聚预测模型
一般来讲 ,污垢监测方法分为热力学法和非热力学法 , 其中热力学法包括污垢热阻法和温差监测法 ; 非热力学法 包括直接称重法 、 厚度测量法 、 压降测量法 、 放射性技术法 、 时间推移电影法 、 液晶瞬态法 、 光学法 、 超声脉冲反射法和 钙离子浓度法等 。20 世纪 90 年代以来 , 随着关于污垢的 理论研究工作的深入和计算机应用技术的飞速发展 , 污垢 的监测方法 、 实验装置数据采集系统等方面均有了长足的 进步 ,各式各样的污垢检测方法和实验装置层出不穷 ,但目 前仍以污垢热阻法和压降测量法为主 。
污垢热阻系数对换热器换热效果的影响分析及应对措施
行 效率 。合理 布置 换热 器 ，可 以使 整个 系 统 的能
体 中的组分或者 杂质逐渐 积累而形成 的 固态物 质 。污垢 通常 以混 合物 的形态存 在 ，当换热 表 面
上 形 成污垢 以后 ，按 照 串联热 阻 的观点 ，流 体 与 换 热 表 面之 间的传 热 热阻 就会 增加 。传 热热 阻的
ｒ Ｓ１ ．
就能确保大型设备的顺利 、安全 吊装 。
第 ５期
胡 云 ：污垢热 阻 系数 对换 热 器换 热 效果 的影 响分析 及 应对措 施
２ ． ２ 换 热 器 结 构 型 式
・ ６ ７・
值 成为 换 热器设 计 中的关键 点 。而 实 际生产 过程
中 ，换 热器 传 热面 上 的污垢 会 导致换 热 器 总传热 系 数显 著 降低 ，从 而使 设备 不 能发挥 出应有 的性 能 。传 热 系数 Ｋ值 可 按 以下公 式进 行计 算 ：
理 、节 能 降耗 。而 污垢 热 阻系 数作 为换 热 器设计 中非 常重 要 的参数 之一 ，通 过 研究 、分 析 ，合 理 选 用 污垢 热 阻系数 ，并 采 取有 针对 性 的措 施 ，可 避免 或减 轻 因污垢 热 阻对 换热 器换 热效 果 带来 的
式中
Ｒ — — 总传 热 热阻 ；
第 ５期
２ ０ １ ７年 ９月
中 氮
肥
Ｎｏ ． ５ Ｓ ｅ ｐ． ２ ０１ ７
Ｍ— Ｓｉ ｚ ｅ ｄ Ｎｉ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｏ ｕｓ Ｆ ｅ ｒ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ｅ ｒ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ
污 垢 热 阻 系 数 对 换 热 器 换 热 效 果 的 影 响 分 析 及 应 对 措 施
热交换器污垢形成机理及其影响因素分析
热交换器污垢形成机理及其影响因素分析摘要：热交换器的污垢问题是国民经济众多产业和部门急需解决的问题，也是传热学界未彻底解决的主要问题之一。
在工业生产中，由于热交换器污垢的影响，使其传热效率降低，严重的还会引起传热面污垢下腐蚀、穿孔以及泄漏，造成设备安全可靠性下降，可能引起巨大的经济损失。
深入研究热交换器污垢形成机理以及污垢形成的影响因素，对热交换器污垢的防治和清除、提高热交换器的传热效率和安全性、增加热交换器的使用寿命以及节能降耗具有重要的意义。
关键词：热交换器；防垢；措施换热器是一种实现物料之间热量传递的节能设备，在石油、冶金、轻工、机械等行业得到广泛的应用。
然而，换热器存在不同程度的污垢问题，污垢是指在与流体相接触的固体表面上逐渐积聚起来的固态或软泥状物质，通常以混合物的形态存在。
由于污垢的存在，使换热器的传热效率降低，严重时传热面腐蚀、穿孔、泄漏，设备安全可靠性下降，造成巨大的经济损失。
因此，研究换热器的结垢机理及防治对策引起了各国的关注。
一、污垢的形成机理换热器污垢的形成是一个非常复杂的物理、化学过程，是质量交换、热量交换和动量交换的综合效应。
影响污垢沉积的因素很多，如流体性质、壁温、流体与壁面的温度梯度、壁面材料、表面粗糙度、流体流速、湍流强度、流体与壁面的剪切力、污秽物质粒子的形状、组成、浓度、粒径分布、作用域粒子的热、电磁和引力等，因此污垢的理论研究难度较大。
虽然有学者从事这方面的研究，[2]对水溶液中矿物质离子在换热表面的结垢过程及对换热性能的影响进行试验研究，实验测量了换热表面的换热系数，得到换热面的结垢变化规律，考察了各种因素对结垢过程的作用和影响，分析了结垢过工程的工作机理。
结果表明：换热面的温度及流体温度是结垢现象的主要影响因素，且工质硬度增加，也促使结垢过程加速进行。
通过实验测得CaCO3 在铜、铝、不锈钢和渗铝钢四种材料和不同运行工况下的结垢过程，比较分析了材料表面、浓度、流体温度及流速对污垢成垢过程的影响，得出了材料表面能、温度、流速和浓度是影响污垢过程的主要因素的结论。
污水结垢对换热器换热特性的影响
污水结垢对换热器换热特性的影响摘要：综述了污垢的生长机理、分类和影响因素，介绍了污垢热阻的物理模型和数学模型，包括沉积模型和剥蚀模型，实验研究了换热器换热时的总传热系数和污垢热阻的变化情况，建立热阻预测模型，阐述分析结果对工程的指导意义。
关键词：污垢；传热系数；污垢热阻Abstract: This paper reviews the growth mechanism, classification and influence factors of the dirt, introduces the physical model and mathematical model of the dirt thermal resistance, including deposition model and erosion model, studies the overall heat transfer coefficient and the dirt thermal resistance changes in the experiment when the heat exchanger changes, establishes the thermal resistance prediction model, and analyzes the guiding significance of the results to the project.Key words: dirt; heat transfer coefficient; the dirt thermal resistance0引言所谓污垢是指在与流体相接触的固体表面上逐渐积聚起来的那层固态或软泥状物质，他通常以混合物的形态存在[1]。
普遍存在自然界、日常生活和工业生产过程当中，特别是大型的热力传热过程，换热表面的结垢就形成了污垢热阻，导致换热面总传热系数的下降，从而影响换热性能，也使得换热的热效率降低，结垢的形成，还会减小流道的面积，增大了介质流动的阻力，而且泵的消耗功率也相应增大，结垢严重时甚至会使设备停止运行，带来极大的经济损失。
考虑结垢传质时管内紊流对流换热系数的确定
摘
要 ： 从 热质 传 递 的 薄膜 理 论 出发 ， 合 Ｋｅｎ和 Ｓａｏ 提 出的 渐 近 污 垢 模 型 ， 究在 紊 流状 态 下 污垢 形 成 结 ｒ ｅｔｎ 研
阶段 管 内的 对 流 换 热 特 性 ， 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 ， 垢 得 污
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 ， 没 有 污垢 时 的 情 况 相 比 ， 污 垢 形 成 的初 始 与 在
阶段 出现 换 热 增 强 的 现 象 ， 此 效 果 并 不 明 显 ， 污垢 对 管 内对 流 换 热 效 果 受 到 管 径 、 但 且 管壁 温 、 速 及 流 体 入 口温 度 流 等 因素 的 影 响 。
ｆ ｕｌｎ ｏ ｌｐｒ ｏｓ ｄ ｂｙ ｅ ｎ ｎ Ｓ ａ ｏｎ， ｔ ｏ ｅ ｔｖ ｈｅ ｒ ｎｓｅ ｃ ｒ ｔ ｒｓ ｉ ｔ ｏｕ ｄｕ ｔ ｎｄｅ ｔ ｂｕ ｅ ｆｏｗ ｏ ｉ ｇ ｍ ｄｅ ｏｐ ｅ Ｋ ｒ ａ ｄ ｅ ｔ ｈｅ ｃ ｎｖ ｃ ｉ ｅ ａｔｔ ａ ｆ ｒ ｈａ ａｃｅ ｉｔｃ ｈｒ ｇｈ ａ ｃ ｕ ｒ ｕｒ ｌｎｔ ｌ ｃ ｏｎｄ ｔｏ ｔ ｔ ｅ ｏｒ ｉｇ ｉｉｎｓａ ｈ ｆ ｍ ｎ ｐｅ ｉ ｆ ｌｎｇ ｒｏｄ ｏｆ ｏｕ ｉ ｗａ ｉ ｅ ｔｇ ｅ ａ ａ ｓ ｎｖ ｓ ｉａｔ ｄ ｎｄ ｑｕ ｎｔｔ ｉｅ ｘｐｒ ｓ ｉｎ ａ ｉａｔｖ ｅ ｅ ｓｏ ｏｆ ｈｅ ｕｒ ｅ ｃ ｎｖ ｃ ｉ ｈ ａ ｔ ｔ ｂｕｌｎｔ ｏ ｅ ｔｖｅ ｅ ｔ ｔ ａ ｆ ｒ ｏｅ ｆｃｅ ｔ ｏｕ ｈ ａ ｒ ｎｓ ｅ ｃ ｆｉｉｎｔ ｈｒ ｇ ｄｕｃ ｃ ｓ ｄ ｒｎ ｆ ｌｎｇ ｔ ｏｎ ｉ ｅ ｉｇ ｏｕ ｉ ｍ ａ ｓ ｒ ｎｓｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｐｒ ｓ ｎ ｅ ｓ ｔ ａ ｆ ｒ ｒ ｃ ｓ ｗ ｓ ｅ ｅ ｔ ｄ． Ｔｈｅ ｅ ｕｌｓ ｈｏ ｒ ｓ ｔ ｓ ｗ ｔ ｔ ｈ ｈａ ｔ ｅ
基于流固耦合的换热管道污垢超声回波检测数值模拟与实验
基于流固耦合的换热管道污垢超声回波检测数值模拟与实验孙灵芳;徐曼菲;朴亨;李霞【摘要】对换热管道污垢的有限元建模、耦合边界处理进行了分析与讨论,以压力声学与固体力学为理论基础,基于COMSOL Multiphysics中的PDE模式构建平面辐射声源下的声波振动控制方程,采用超声回波法对换热管道污垢厚度进行无损检测,求解不同振动频率下的回波振型和响应时间历程,为检测多层管材时模态和频率选择提供理论依据.针对多组不同管材污垢厚度回波特性,将有限元仿真与测点检测结果进行对比,验证了模型的准确性.基于换热污垢动态模拟实验装置进行了污垢定量实验.结果表明:采用实验和有限元结合的方式实现换热管道污垢超声回波检测的方法是可行的,数值模拟与实验结果吻合,超声波对管道沉积污垢的检测误差在±4％左右,该结果对工程在役换热集输系统的运行和清管具有实际意义.%Analyses and discussion were provided on finite element modeling of heat exchange pipeline fouling and on the treatment of the coupling boundary.With pressure acoustics and solid mechanics as the theoretical basis,sound wave vibration control equations under plane wave source radiation were developed based on Comsol Multiphysics in PDE mode.Heat exchange pipes were nondestructively examined for their fouling thicknesses using ultrasonic echo technique,and the echo vibration mode and response time history were found for various vibration frequencies.The paper offers theoretical reference to the choice of mode and frequency in examining multi-layer pipes.With respect to the echo characteristics corresponding to the fouling thickness of sets of pipes made of various materials,a comparison was made with the results of the test points,which attested tothe accuracy of this model.With heat exchange fouling dynamic simulation testing equipment,a quantitative testing study was performed on fouling.The results suggest:it is feasible to perform ultrasonic echo detection of heat exchange pipeline fouling by a method that combines testing and finite element technique,the numerical simulation is in agreement with the test results,and ultrasonic detection produces an error around ±4％ in examining pipeline fouling deposit.These results have practical significances to the operations and pipe cleaning of in-service heat gathering and transportation systems.【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2017(028)003【总页数】9页(P340-348)【关键词】换热管道污垢;流固耦合;超声回波;数值模拟;检测【作者】孙灵芳;徐曼菲;朴亨;李霞【作者单位】东北电力大学节能与测控技术工程实验室,吉林,132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林,132012;东北电力大学节能与测控技术工程实验室,吉林,132012;东北电力大学自动化工程学院,吉林,132012【正文语种】中文【中图分类】O329;O347;O426污垢是指与不洁流体相接触的固体表面上逐渐形成的那层固态物质[1],由于污垢多是热的不良导体,其存在又会使流道尺寸减小,因而污垢的存在会明显降低换热器的性能，造成一系列经济损失。
江河水污垢对小管径恒壁温管内对流换热影响
王 子 云 ， 恩 深 付 祥 钊 。 王 勇。 龙 ， ，
（ ． 川 大 学 建 筑 与环 境 学 院 ， 都 ６ ０ ６ ； ． １四 成 １ ０ ５ ２ 中铁 二 院 工程 集 团有 限 责 任 公 司， 都 ６ ０ ３ ； 成 １ ０ １
雷诺数 较 大 ， 管径较 小的流动 中， 出现 粘性 流动 引起 的 熵产 大于 温差 传 热 引起 的熵 产 ； 雷诺 数 会 随
的增 大和 污垢 热 阻的产 生 ， 熵增 率都是 单调 增加 的。 因此 在利 用 江河 水发展 水 源 热泵 时 ， 充分 考 要
虑 污垢 热 阻 对 换 热 器 性 能 的 影 响 ， 其 是 污 垢 层 导 热 热 阻 的 影 响 。 尤 关 键 词 ： 热 管 ； 垢 热 阻 ； 力 学 分 析 ； 产 换 污 热 熵
中图分 类号 ： ＴＵ８ ３ ３ ３ ．
文 献标 志码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ４４ ６ （０ ０ ０ —１ ００ １ ７ —７ ４ ２ １ ）３０ ０ —５
Ｔｈｅ ｍ ｏ ｙ ａ ｉ ａ ｙ ｉ ｆ Ｒｉ ｅ ａ ｅ ｕ ｉ ｇ ｏ ｎｓ ａ ｔ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ Ａｎ ｌ ｓ ｓ ｏ ｖ ｒ Ｗ ｔ ｒ Ｆｏ ｌｎ ｎ Ｃｏ ｔ ｎ Ｗ ａ ｌＴｅ ｐ ｒ ｔ ｒ ｂ ｆ Ｓ ａ ｌＤｉ ｍ ｅ ｅ ｌ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ Ｔｕ ｅ ｏ ｍ ｌ ａ ｔｒ
３ 重 庆 大 学 城 市 建设 与 环 境 工 程 学 院 ， ． 重庆 ４ ０ ４ ） ０ ０ ５
摘 要 ： 为有 效提 高江 河水冷 热源 的利 用率 ， 用热力 学第一 、 应 第二 定律 和 湍流 流动 理论 ， 论和 分 讨
析 了污垢对 恒壁 温小管径 管 内对流换 热过程 热 力学性 能的影 响 。分析 结 果表 明 ， 污垢 存在 时， 有 污 垢层 导热 引起 的 熵产在 管 内对 流传热 熵产 中 占主要 部分 ， 温差传 热 引起 的熵 产 则相 对较 小 ， 在 而 且
恒壁温时污垢对管内对流换热过程热力学性能影响的分析
∈
∈
ｌ 论 研究 文ｌ
｝｛ ；｛ ｛ ； ｊ｛ ｊ ｛ ｝
恒壁 温 时污垢 对 管 内对 流 换 热 过 程 热 力 学性 能 影 响 的分 析
吴双 应 曾丹 苓 李友 荣
（ 重庆 大学动力工程学院 ，重庆 ４ ０ ４ ） Ｄ ０４ 摘 要 基于热力 学第一 、二定律 ，在恒 壁温 工况 下丹 析 了污垢 对管 内对流换热过 程热 力学性 能 的影 响 ；提 出
Ａｂ ｔａ ｔ Ｆ ｕｉｇ ｉ ｏ ｓ ｅ ｅ ｓｏ ｅｏ ｈ ｍ ｐ ｒ ｎ ａ ｔｒ ｆｅｔｎ ｔ ｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｈ ａ ｒｎ ｆｒａ ｄ ｓｒ ｃ ｏ ｌ ｓｃ ｎ ｉ ｒｄ ａ ｎ ｆｔ ｅｉ ｏ ｔ ｔｆｃｏｓ ａｆｃｉ ｎ ｄ ａ ｇ ｈ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｏ ｅ ｔｔａ ｓｅ ｎ
维普资讯
第 ５ 卷 第 ４期 ３ ２０ ０２年 ４月
化
工
学
报
５ Ｎ ３ Ｍ
Ｊｕｎｌ ｏ Ｃ ｅ ｃｌ Ｉｄ ｓｒ ａ ｄ Ｅ ｇａｅｉｇ （ ｈｎ ） ｏ ｒａ ｆ ｈｍｉ ｎ ｕｔ ａ ｙ ｎ ｎｌｅｒ ｎ Ｃ ｉａ
Ａｐ ２ ０ ｎＩ ０ ２
了反映 污垢对管 内对流换 热过 程热力学性 能影 响的指标——单 位传 热量 的墒增率 ；讨 论 了管 内流体 Ｒ ｙ ｏ ｓ ｅ ｎｌ 数 ｄ （ 无污垢时） 量纲 为 １的人 口换热 温差等参数对 单位传热 量熵增 率 的肜响
热过 程总的墒产 中 占有重要 的地位 关键 词 恒 壁温 对流换热 污垢 热力学性能 文献标识码 Ａ 文章编号 ０３ ４ ８—１５ ２ ０ ）０ —００ ０ １ ７（０ ２ ４ ４ ７— ５ 中图分类号 Ｆ ２ Ｋ １３
ＴＨ ＲｏＵＧＨ ＤＵＣＴ Ｉ Ｗ ＴＨ ） ＴＡＮＴ ＡＬＬ ｃ（ＮＳ Ｗ ＴＥＭ ＰＥＲＡＴＵＲＥ
污垢对传热的影响
2污垢对传热的影响近几年随着我国换热器行业产品的快速发展，换热器产品使用条件和换热器产品客户发生了根本的改变，用户对换热器产品设计提出了更高、更严、更具体的要求，如产品压力、面积、体积和工艺介质方面都与以往大不相同。
最明显的一点，用户在水的污垢热阻都提出了更明确的要求，明确提出水的污垢热阻是0.000344 m2.℃/W（是原来洁净自来水的2倍，这一般是用户的最低要求）、0.0004 m2.℃/W，有的甚至提到了0.0005 m2.℃/W。
气侧一般是压缩空气，用户一般没有明确提出要求，但按《换热器原理及计算》书中明确规定其污垢热阻0.000344m2.℃/W。
从这些数据看出污垢系数是常规产品污垢系数的2 倍，甚至3 倍，这样，就会让人对以往那种对污垢系数的考虑方法是否适用和得当发生疑问。
为此，仍拿上面的一种冷却元件来做计算比较：设定四，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.000344m2.℃/W，其余条件与设定一一样，代入计算：与设定一比较，设定四的传热系数是设定一传热系数的0.73 倍；设定五，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.0004m2.℃/W，其余条件与设定一一样，代入计算：与设定一比较，设定五传热系数是设定一传热系数0.70 倍；设定六，气侧污垢系数rk=0，水侧污垢系数rl=0.0005m2.℃/W，其余条件与设定一一样，代入计算：与设定一比较，设定六传热系数是设定一传热系数0.65 倍；设定七，气侧污垢系数rk= 0.000344m2.℃/W，水侧污垢系数rl=0，其余条件与设定一样，代入计算：与设定一比较，设定七传热系数是设定一传热系数0.98 倍；设定八，气侧污垢系数rk= 0.000344m2.℃/W，水侧污垢系数rl=0.000344，其余条件与设定一样，代入计算：与设定一比较，设定八传热系数是设定一传热系数0.72 倍；与设定四比较，设定八传热系数是设定四传热系数0.99 倍；设定九，气侧污垢系数rk= 0.000344m2.℃/W，水侧污垢系数rl=0.0004，其余条件与设定一样，代入计算：与设定一比较，设定九传热系数是设定一传热系数0.69 倍；与设定五比较，设定九传热系数是设定五传热系数0.99 倍。
对流加热器的传热管内壁结垢现象研究
对流加热器的传热管内壁结垢现象研究传热是许多工业过程中的一个关键问题，也是能源利用的重要环节。
传热器是一种常见的设备，用于加热或冷却流体。
然而，由于长期运行和流体特性的复杂性，传热器内壁结垢问题成为传热效率降低和设备性能下降的主要原因之一。
因此，研究对流加热器的传热管内壁结垢现象具有重要的理论和实际意义。
传热管内壁结垢是指在流体中含有溶解或悬浮物质时，这些物质会在管道内壁上沉积或聚集形成一层薄膜，并阻碍热量的传递。
这种沉积或聚集物主要包括水中的钙镁离子、氢氧化物、氧化物以及流体中悬浮的微粒等。
首先，了解结垢过程中的机制是研究传热管内壁结垢现象的关键。
一般来说，结垢过程可以分为沉积和聚集两个阶段。
在沉积阶段，流体中的溶解物质或悬浮物质在管道内壁上逐渐沉积形成薄膜。
在聚集阶段，这些沉积物会进一步聚集并增加管道壁面的厚度。
沉积和聚集过程是相互关联的，互相影响着管道内壁结垢的严重程度。
其次，影响传热管内壁结垢的因素也是研究的重点之一。
结垢的严重程度取决于多种因素，包括流体的物理性质、流速、温度、管道材料等。
对于流体的物理性质而言，其中含有的溶解物质或悬浮物质的浓度、粒径等特性都会对结垢产生影响。
流速是影响结垢程度的另一个重要因素，过高或过低的流速都可能导致结垢速度的加快。
此外，温度对结垢也具有重要的影响，过高的温度会加快结垢速度。
选择合适的管道材料也是减少结垢的一种方法，如采用抗腐蚀性能好的材料可以减少结垢程度。
最后，防止传热管内壁结垢有多种方法。
其中一种是物理方法，即通过清洗、冲刷等手段去除结垢物。
这种方法通常适用于较轻微的结垢，但对于较严重的结垢效果较差。
另一种是化学方法，即通过添加一些抑制剂或分散剂来阻止结垢的形成和聚集。
这些抑制剂或分散剂可以与溶解或悬浮物质发生化学反应，使其失去结垢的能力。
此外，还可以采用改变流体流速、温度和管道材料等方式来减少结垢。
在实际应用中，根据具体的情况选择合适的防垢方法是非常重要的。
管内流动对析晶污垢沉积特性的数值模拟
管内流动对析晶污垢沉积特性的数值模拟析晶污垢沉积特性的数值模拟析晶污垢沉积是指消耗在管道系统中膜组织细胞和液体的差异引起的析晶沉积。
近年来，析晶污垢的清除率迅速下降，严重影响电力行业的正常运行，并对电力行业产生了不利影响。
因此，为了更好地了解和把控析晶污垢沉积特性，发展研究利用数值模拟来析晶污垢沉积特性变化是非常必要的，可以更加有效地控制管道系统中析晶污垢沉积现象。
首先，在管道系统中，需要通过将影响污垢沉积的多种因素，如管道粘度、流速、液体温度、管道型号等，抽取出来进行详细的仿真模拟。
其次，根据收集的物理参数，模型的确定，从而获得关于析晶污垢沉积的特征表达式。
最后，根据前面构建的模型和参数，采用数值求解算法，对模型和参数进行多次求解，从而得到析晶污垢沉积的特性图和结果。
当前，各种数值模拟技术已经被广泛应用于析晶污垢沉积特性的研究，作为模拟方法，数值模拟和地面实验相比，数值模拟具有更多的优势，如可以快速易行地模拟范围宽泛的变换和条件的变化，可以多次尝试，可以模拟管道系统中析晶污垢○沉积概念的连续变化。
在实际应用中，数值模拟技术应用越来越普及，它可以实现快速有效地模拟和模拟管道系统中析晶污垢沉积特性，发挥着越来越重要的作用。
例如，在动力植物的当前操作中，对析晶污垢沉积特性的数值模拟可以更好地表明管道结构影响结构析晶污垢沉积的实际特征，从而实现更高的清洁率和更长的滤器设施间隔时间。
总之，随着数值模拟技术的不断发展，可以非常有效地帮助人们了解管道系统中析晶污垢沉积特性，为管道系统提供可靠的技术保障。
希望通过本文可以让大家了解析晶污垢沉积特性的数值模拟，在管道系统管理中，可以更好地把控析晶污垢沉积，降低析壳清除率，提高管道系统的运行稳定性，减少结构的维护成本，提高电力行业的运行效率和可靠性。
一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标
一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标
吴双应;李友荣
【期刊名称】《化工机械》
【年(卷),期】2001(028)003
【摘要】以热力学第二定律为基础,提出了一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标--单位传热量的熵增率,讨论了洁净状态下的传热单元数Ntuo、冷热流体热容率比R、冗余面积α等参数对换热器在考虑污垢时的传热性能的影响,并把不同流型换热器的评价结果进行了比较.
【总页数】3页(P144-146)
【作者】吴双应;李友荣
【作者单位】重庆大学;重庆大学
【正文语种】中文
【中图分类】TQ05
【相关文献】
1.污垢对凝汽器传热性能影响的定量分析 [J], 张莉;钟明泽;程器;王思平
2.管材种类和污垢对凝汽器传热性能的影响 [J], 潘逸琼;梁磊;刘世宏;张建良
3.考虑污垢时强化传热性能的评价 [J], 吴双应;李友荣
4.污垢对换热器传热性能影响 [J], 吴双应
5.一项评价换热器性能的热力学指标 [J], 李友荣;靳明聪
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
( 2) : 45~ 47
( 收稿日期: 2009-07-18)
Numerical Research on the Influence of S ludge on the F ie ld Synergy of the Heat Exchange of the Lam inar F low and Convective F low in Tubes
性增强, 但总传热效果变差。
关键词 换热管 污垢 对流换热 场协同原理 数值计算
中图分类号 TQ051 5
文献标识码 A
文章编号 0254-6094( 2010) 02-0204-04
由于换热器工质不洁物质在换热面上沉积, 使得绝大部分换热器管内都会产生污垢。这些污 垢不仅影响热流的传递, 而且对管内流体的流场 和温度场的分布都有一定的影响。很多学者和专 家对对流换热和污垢热阻的影响及污垢的监测和 预测进行了细致深入的研究, 得出一些具有理论 意义和实用价值的结论。过增元院士等人提出的 对流换热场协同理论为研究对流换热、优化和发 展强化换热新技术提出了新 的思路 [ 1, 2] , 但有关 污垢对管内流动和对流换热场协同影响的研究甚 少。为此, 笔者利用数值分析的方法, 将污垢对管 内层流对流换热速度场、温度梯度场及其之间协 同程度的影响进行了分析与研究。
4. 3 污垢层的加厚使温度梯度场与速度场的协 同程度增强, 从而使协同角减小, 流体内的热传递 能力增强, 其变化率为 0. 03 /mm, 并且当污垢厚 度增加到一定程度后, 协同角基本不变。 4. 4 污垢的存在使总的传热系数减小, 污垢增 加 1mm, 总的传热系数减小 1. 36% , 但污垢表面 与流 体之间 的对 流换热 系数却 增大, 污垢 增加 1mm, 对流换热系数增加的幅度为 15. 4% 。 4. 5 从总体影响来看, 污垢使整个换热过程的 热传递量减小, 需要进一步研究使污垢的危害逐 步减轻。
a. 三维网格模型
b. 二维平面网格模型
图 1 数值计算几何模型
* 国家重点基础研究发展规划基金项目 ( 2007CB206904 ) 。 ** 张艾萍, 男, 1968年 2月生, 教授。北京市, 102206。
第 37卷 第 2期
化工机械
205
由于管内流动与换热为轴对称分布, 为进一
步简化问题, 只取圆管轴心上面一侧作为研究对
m=
i xi ri ri xi ri ri
( 9)
2 计算结果
在物性参数和入口参数一定的条件下, 对管 壁温度恒定的管内层流对流换热进行了计算, 图
2给出污垢层和流体中的温度分布, 图 3 给出不
同污垢层厚度下协同角沿流动方向的变化情况,
表 1给出污垢厚度与平均协同角及努塞尔数的关
系。
20 6
化工机械
由二维层流能量方程的矢量形式, 引入无因
次变量可获得无因次关系式 [ 1] :
N ux =
Rex P r
1 0
(
U
T ) dr
( 6)
其中矢量点积项 U T 可表示为:
U T = |U | | T | cos
( 7)
由此可得各点的协同角为:
=
arccos
U |U
|
|
T T|
( 8)
则全场面积平均协同角为 [ 5] :
程 ):
uz + ur + ur = 0
( 1)
z rr
动量守恒方程:
ur
ur r
+
uz
ur = 1 z
p r
+
2u r2
r
+
ur rr
+
2 ur z2
ur
uz r
+
uz
uz = 1 z
p z
+
2 uz r2
+
1 r
( 2)
uz + r
2uz z2
( 3)
能量守恒方程:
ur
T r
+
uz
T z
=
cp
2T r2
象, 则将问题简化为二维、非稳态、常物性、轴对称 层流流动与换热问题。流体区网格为 200 10,
而且接近污垢层内侧比较密, 管道中心位置较疏;
污垢层的网格为 200 5, 都是长方形网格, 图 1b
所示的是图 1a的一个截面的上半部分。 1. 2 数学模型 [ 4]
1. 2. 1 控制方程
对于管内流体有, 质量守恒方程 (连续方
s
污垢的密度;
cs
污垢的比热容;
T s 污垢温度。 1. 2. 2 边界条件
管壁为恒壁温边界, 壁温 ( 污垢外侧温度 ) 为
Tw = 350K; 污垢内侧和流体之间为固液耦合壁面 边界, 即 T s- = T f+ , qs- = qf+ ; 管道入口为速度边 界, T = T 0 = 300K, u = u0 = 0. 02m / s; 管道出口为
3. 3 污垢对温度场和速度场的协同程度的影响 根据上述计算可知, 当管内污垢厚度增加时,
管内流体的流速和温度梯度均减小, 即 |U | | T | 减小, cos 增大, 由式 ( 8) 可知, 协同角减小。平 均协同角随污垢厚度的变化如图 7所示, 其变化 率为 0. 03 /mm。并且当污垢厚度增加到一定程 度后, 协同角的变化率减小直至基本不变。
4 张学富, 王成, 喻文兵等. 风火 山隧道空 气与围 岩对流 换热和围岩热传导耦合问 题的三 维非线 性分析. 岩土
工程学报, 2005, 27( 12): 1414~ 1420 5 周俊杰, 陶文铨, 王定标. 场协 同原理评 价指标 的定性
分析和定量 探 讨. 郑 州 大学 学 报 ( 工 学版 ), 2006, 27
任意出口边界, 不用设置。
1. 2. 3 物性参数
换热管中污垢和流体 ( 水 ) 的物性参数如下:
污垢导热系数 s 1. 4W / ( m K ) 污垢密度 s 2 700 kg /m3 流体导热系数 0. 6 W / ( m K) 流体密度 998. 2kg /m3
流体定压比热容 cp 4. 182kJ/ ( kg K ) 流体粘度 1. 003mP a s 1. 2. 4 协同角的计算
1 数值计算模型 1. 1 几何模型
换热管数值计算的几何模型如图 1所示, 管 径 20mm, 长度 15m。流动状态为层流, 管壁采用 恒壁温加热方式, 管道进口处的速度不变, 并作如 下假设 [ 3] :
a. 流体为不可压缩流体, 物性为常数; b. 忽略重力的影响; c. 所有界面和接触表面不变形, 液-固接触 面为无滑移边界; d. 管子周向速 度、温度和压 力等的变 化可 略而不计 (即简化成二维问题 ) 。
雷诺数 395. 33 387. 42 379. 51 371. 61 363. 70 355. 79
温度逐渐增大, 并且入口处内外侧温度差别很大, 出口处相对较小。即随着污垢厚度增加, 流体温 度分布由等壁温型向等热流型过渡。这使得流体 区域的温度分布及各点的温度梯度发生变化, 如 图 5和图 6所示, 随着污垢层厚度增加, 温度梯度 绝对值减小, 但它与流速之间的夹角增大。
1 过增元. 对 流换 热的 物理 机制 及其 控制: 速 度场 与热 流场的协同. 科学通报, 2001, 45( 19): 2118~ 2122
2 过 增 元, 黄素 逸. 场 协同 原 理与 强 化传 热 新技 术. 北
京: 中国电力出版社, 2004
3 胡玉生, 曾丹苓, 李友荣. 恒壁 温下管内 流体脉 动流动 对流换热的数值模拟. 工业加热, 2006, 35( 1) : 3~ 6
2010 年
表 1 污垢厚度与平均协同角的关系
垢厚 /mm 0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0
努塞尔数 3. 669877 3. 690754 3. 710403 3. 715055 3. 720483 3. 724360
协同角 /( ) 86. 480 86. 456 86. 455 86. 454 86. 452 86. 451
在入口流速相同的情况下, 随着污垢厚度增 加, 流体的平均温度降低, 则其密度随污垢层厚度 增加而增大, 则根据连续性方程可知流速将减小, 即污垢层越厚, 流体在流动过程中流速减小越多。 平均流速随污垢厚度变化情况如图 4所示, 其变 化率为 0. 003m / ( mm s) 。因管道直径也减小, 故雷诺数随污垢层厚度增加而减小。