电磁频率对污垢热阻及电导率的影响

＝— （ ——攀 卜（ —— 眈号赢 ｐ ２ ） ，
：
一
２： ８＋３ ２ ２：３ ℃ 。以此 为定性 温 度 ， 得 物性 参 ０ 查
数 Ａ 、 和 Ｐ ｒ 的值 来 计 算 雷诺 数 Ｒ 再 采 用 格 ｅ； 尼林 斯 基 （ ｎｅｉｓｉ 及 弗 罗 尼 科 （ ｉ ｎ ｎ ｏ 公 Ｇ ｉ ｎｋ） ｌ Ｆｌ ｅｋ ） ｏ 式计 算努 赛 尔 数 Ｎ 和 对 流 传 热 表 面 传 热 系 数 ｕ
第 ６期
王建 国等． 电磁 频 率 对 污垢 热 阻 及 电 导 率 的 影 响
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电 磁 频 率 对 污 垢 热 阻及 电 导 率 的 影 响
王建国 邸 昊 何 芳
（ 北 电力 大 学 ， 东 吉林 吉 林 １２ １ ３ ０２）
摘 要 设 计 了 电磁 抑 垢 实验 平 台 ， 论 计 算验 证 了模 拟 换 热 器 实验 管 道 壁 温 测 量 值 的 准 确 性 。 并 通 理 过 实验 对 电导 率 比差 值 曲 线进 行 分 析 ， 明 电 导 率 对 电 磁 抑 垢 效 果 所 产 生 的 影 响 。 说
０ ０ ０ ０ ０
称 量ＮａＣ Ｏ和 水 浴 温 度 设 定 Ｃ Ｃ 置 成 达 到５ ℃ ａ Ｉ配 ０ 循 环 Ｅ 为 １ ０ ｍ Ｊ 循 环 工 质 流 速 度 ００ｇ 的实 验 工 质 温 度 达 ］［８ ； ．ｍ／ 为０４ ｓ ｉ Ｙ １ ． ２
叼 叼： ×１ ０ ０ ％ （ 。 ６）
算值 与 实验 实 际值 相 差 较 小 ， 误差 率 为 ４ ８ ％ ， ．９ 属 于误 差 允 许 范 围 。对 于 工 程 计 算 来 说 ， ％ ～ ５ １ ％ 的误 差是 可 以接受 的 。 由此 说 明集热 块 测量 ０
壁 温 的方法是 可行 的 ， 量 结果 较 为准确 ， 小 了 测 减
抑 垢率 的计 算 方法 ， 对影 响污 垢 热 阻 的管 道 壁 温 进 行 了具 体 的理论 计算 ； 描述 了实验 系统 和方 法 ，
通 过实 验研究 对 电磁水 处理 过程 中电导率 变化 对
抑垢 效果 的影响做 出了具体 分析 。 １ 实验 系统设 计和 实验 管壁温 测量
关 键 词 污 垢 热 阻 管道 壁 温 电 导 率 抑 垢 效 果
中 图分 类 号
Ｔ ８２ Ｈ ６
文 献 标 识 码 Ａ
文章 编 号 １０ —９ ２ ２ １ ）６０ ６ －４ ０ ０３３ （ ０２ ０ －７ １ ０
在 工 业 生产 中 ， 大 多 数 换热 设 备 表 面都 存 绝 在 不 同 程 度 的 污垢 问题 … 。在 物 理 法 抑 垢 技 术 中， 电磁 水 处理 是 目前 人 们 最 为 关 注 和 推崇 的 抑 垢 技术 ’ 但 其作 用 机 理 还 不清 晰 ， ， 目前还 处 于 探 讨 阶段 ， 垢 效 果 也 不 是 十 分 稳 定 ， 响 抑 影 因素较 多 。 电磁 抑垢 效果 的评价 包含 对污 垢 热 阻 和 水 质参 数 的 分 析 ’ 笔 者 给 出 了污垢 热 阻 和 ，
时方便 进行 不 同流速 的实 验 。空冷循 环 系统 由空 冷 循环 泵 、 冷 冷 却 器 、 Ｉ 智 能 温 度 控 制 器 、 风 ＰＤ 散
热 器 和循环 管路 组成 。ＰＤ智 能 温度 控 制 器输 出 Ｉ ４— ０ Ａ信 号 给变频 器 模 拟 量 输 入 端 ， ２ｍ 由变频 器
污垢 热 启 动 变 阻值 趋 电磁 装 于平 稳 和 计 算 后 ， 完 监 测 程 成实验
王建 国 等 ． 磁 频 率 对 污 垢 热 阻 及 电导 率 的影 响 电
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向模 拟 换 热 器 内注 水 并 加 热
至 ５ ｃ ０ｃ
向循 环 水 箱 内 注入 去 离 子水
．
．
通 过实 验数 据计算 得 到 １０ ｋ ｚ ．０ Ｈ 处理抑 垢效
ｇ／ 壤 贮 哥盛
。 ．
启 动循 环 泵 和空 冷 系统
Ｉ ｖ 果最好 ， 抑垢 率达 到 ９ ． ２ ％ ； ．５） ． 的抑垢 率 １ ２ ５ ０ ７ ｋ ｕ 西 最 孵 Ｈｚ
为 ８ ． ０ ％ ；． ０ Ｈ 抑 垢 率 为 ６３． ０ 。为０了 ４ ８０ ０５ ｋ ｚ ３ ６０ ％ １ Ｏ ０ ０ Ｏ ４ Ｏ Ｏ ２ Ｏ
停 和风 冷 冷却 器 自动变 频 调速 。信 号采 集 系统 由 工 控机 、 能控 制 模 拟 量 前 端 和 热 电阻 测 温 元 件 智
组 成 。工 质循 环 系统 由恒温 水浴 箱 和循 环水 箱 循
输 出控 制信 号来 控制 风冷冷 却器 的风 机转 速来 调
节 风量 大小 ， 从而 控制 循环 工质 的人 口温 度 ， 入 使
台信号 采集 系 统设 计 的难 点 ， 验 中 管 道 为 圆管 实 道， 测量 元件 安装 不便 ， 点为 浸于水 浴 中的管 道 测
收 稿 日期 ：０ ２０ —８ 修 改 稿 ） ２ １－１２ （
基金项 目： 国家 自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ １７０ ８） 吉 林 省 ５ １ ６２ ；
污垢 热 阻 的计 算 误 差 ， 加 了抑 垢 率计 算 的准 确 增
性 。通 过格 尼 林 斯 基 （ ｎｅｉｓｉ 公 式 计 算 出努 Ｇ ｉｌ ｋ ） ｎ
第 ６期
清 洗 模 拟 换 热 器 循 环 水 箱 、散 热 器 、管 路 、热 电 阻 和 实 验 管 道 内 外 壁
４０
自然 科 学 基 金 资 助 项 目 （０ １ ５７ ） ２ １１ １９
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化
工
自 动
化 及
仪
表
第 ３ ９卷
外壁 ， 在测 量 过 程 中不 能 对 管 道 的 换 热产 生 影 且 响 。通 过多 次设 计 和 反 复 实 验 ， 最终 确 定 使 用 集 热 块 固定热 电 阻测温元 件 测量实 验 管道壁 温 的方
分 析后 得 出的拟 合 曲线如 图 ６～ ８所 示 。
３ ２ 实验结 果 数据 分 析 ．
基 于污 垢 热Hale Waihona Puke Baidu阻在 线 监 测 技 术 ， 出 了 动 态 实 给
验 过程 中不 同频率 电磁 场条 件 下 的污垢 热 阻变 化 曲线 。 图 ３— ５分 别 为 ０ ５ 、 ． ５ １ ０ ｋ ｚ频 率 ．０ ０ ７ 、．０ Ｈ 下 的污 垢热 阻曲线 。
１ １ 实验 系统 设计 ． 电磁 抑垢 效果 实验 平 台结 构 如 图 １所示 。
循 环水 箱
循 环管路
图 １ 电 磁 抑 垢 效 果 实验 平 台 结 构 示 意 图
实 验 系 统 主要 由 电气 控 制 系统 、 号 采 集 系 信
统 、 质 循 环 系统 和 空 冷 循 环 系 统 ４部 分 组 成 。 工 电气控 制 系统 分别 控制 模 拟换 热器 中加 热棒 的加 热 启／ 、 停 循环 水泵 的恒 频供 水 、 空冷 循环 水 泵启／
口温度保 持 恒定 。实 验管道 壁 温测量 是本 实 验平
环 管道 组成 。恒 温 水浴 箱 底 部 安 装 有 加 热 棒 ， 用 来保 持 箱 内水温 恒 定至设 定 温度 。工质循 环 系 统 是两 套 相 同而 又 相 互 独 立 的循 环 系统 ， 于 在 实 用 验过 程 中进 行对 比实验 。通 过变 频 器来控 制 循 环 水泵 的恒频 工作 ， 获得实 验所 需要 的恒定 流 速 ， 同
时 间／ ｈ
图 ７ ０ ７ ｋ ｚ 电 导 率 比 差 值 曲 线 ．５ Ｈ 下
图 ４ ０． ５ Ｈｚ加 磁 对 比 污 垢 热 阻 值 ７ｋ
０ ０ ０ｌ ．０ ５ ０ ０ ０１ ．０ Ｏ
０． ０ ０ ０ ０ ５ ０． ０ ０ ０ ０ ０
０． Ｏ ０ Ｏ Ｏ ５
—
０
利 用公 式 ＝
质 水 每 秒 内 的 吸 热 量 ， 出 Ｔ ＋ｑ／ Ａ ＝ 得 ｗ ＝ｔ ￣ｈ
３ ．４ 。 温 差 ４Ｏ℃ —ｔ ＝ ． ４Ｃ ， 小 于 ２ ℃ ， ４０ｏ 远 Ｏ 在
叼 ７ ：— ７ ～ ０％ ×１ ０ （ ５）
格 尼林 斯基 公式 的适 用范 围 内。
ｈ ：
ｑ
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㈩’
Ｖ 一ｌ Ｍ １２ ７ ｒ＋ ＝
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Ｐ 【 （， ］ ｒ ｌ Ｉ ｌＣ ． ｌ 一 Ｊ ‘ 十 ＋－ １
＿ １ ８ １ ｅ ．４ 。 厂 ：（ ． ２ｇ 一１ ６ ） Ｒ
ｈ
＝
ｍ
鲁
ｃ （ 一 ） 算 循 环 工 计
ａ Ａ ＝ ． １ Ｗ／ ｍ ・ ． ｆ ０ ６８ （ Ｋ） ；
污垢 与流体 的界 面温 度 。
ｂ ．换 热处 于小 温差 的范 围 ， 计算 得 出表面 待
传热 系数 以后 再推 算平 均壁 温 。
循 环 工 质 的 出 、 口平 均 温 度 ｔ＝（ ＋ｔ ／ 入 ￡ ）
垢 率 的分 析一 致 。 设 电导率 比差值 为 Ａ ， Ｓ＝Ｓ／ ” 一Ｓ／ ， ＳＡ ＂Ｓ。 Ｓ。 其 中 ．为 加 磁 电导 率 值 ， ” 加 磁 电导 率 初 始 ｓ ” ｓ。为 值 ； Ｓ 为未加 磁 电导 率 值 ， 为 未加 磁 电 导 率初 ｓ 始 值 。对 电导率 比差 值 的数 据 进行 分 析 处 理 ， 经
— —
Ｒｆ ： ＝
（） １ ）
４ 的均匀 直 管 道 ， 口温 度 从 ｔ ＝２ ｃ 升 高 至 ｍ 入 ８《 ＝ 出 口温度 ｔ ＝３ ￣ 管 道 内径 ｄ＝２ ｒｍ， 环 工 ” ２Ｃ， ２ ａ 循 质流 速 ＝ ． ｍ ｓ换 热表 面积 Ａ＝ ｒｌ ０４ ／， ａ 。假定 ： ｄ
０ ０ ０２ ．０ ０ ０ ０ ０１ ．０ ５ ０ ０ ０１ ．０ ０
０Ｏ Ｏ ． Ｏ ０５
迥
丑
０． ０ ０ ０ ０ ０ ００ ０ ． ０ ０５
－
—
０ ０ ０ｌ ．０ ０ ０
２ ４ ６ ８ ｌ Ｏ ２Ｏ ４ １ ０ ０ ０ Ｏ Ｏ ｌ ｌ ０ ６Ｏ
更好 地 评价 电磁 抑 垢 效 果 ， 后 期 数 据处 理 过 程 在
中对 加磁 与未 加磁 的 电导率 比差值 数 据进行 曲线 拟合 分 析 ， 析加 磁 与未 加 磁 的 电 导率 比差 值 的 分
变化 规律 ， 断其 变 化 规 律 是 否 与污 垢 热 阻 对 抑 判
图 ２ 实 验 流 程
时 间， ｈ
时 间／ ｈ
图 ６ ０ ５ ｋ 下 电 导 率 比 差 值 曲 线 ．０ Ｈｚ
图 ３ ０ ５ｋ ． ０ Ｈｚ加 磁 对 比 污 垢 热 阻值
迥 丑
－
０． ０ ０ ０１
Ｏ ４ ０ ８ ｌ ｌＯ ２ ０２ Ｏ ２Ｏ ６ ０ ４０
时 间， ｈ
法 ， 以准 确 、 定地 测量 实验 管道 换热 面 的实 际 可 稳
壁温。
１ ２ 实验 管道 壁温计 算 ． 在污垢 热 阻 的计 算 中 ， 验 管 道壁 温是 影 响 实
污垢 热阻 和抑垢 率 计算 的重 要参 数 ， 、 因此 十 分有
必 要 对模 拟换 热器 实验 管道 的壁温 进行 相关 理论 计算。 在实 际实 验 过 程 中 ， 环 工 质 经 过 长 度 ｚ 循
通 过计 算 ， 到 平 均 壁 温 的 理 论 计 算 值 为 得
３ ．４ 。 在 对 集 热 块 测 量 壁 温 的 方 法 进 行 多 次 ４０℃
实 验后 ， 到 实验 测 量 的平 均壁 温 为 ３ ．０ ， 得 ５ ７ ℃ 与 理论 计 算 值 ３ ． ４ 相 比较 仅差 １ ６ ℃ ， ４０℃ ．６ 理论 计