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换热设备是工农业生产和日常生活中广泛使用的设备。据调查,90%以上的换热设备都存在着不同程度的污垢问题。结垢的形成,降低了换热效率,增加了流动阻力,由此造成了一系列的经济损失。因而受到各国传热学界和工程技术界的广泛关注,成为换热设备的设计、运行、维护的一个重要研究方向。但由于换热设备污垢是在动量、热量、质量传递同时存在的多相流动过程中形成的,其影响因素众多,往往涉及流体力学、传热学、化学反应,甚至化工动力学、胶体化学、统计力学乃至表面科学等多学科的基础理论知识,这使换热设备污垢研究十分复杂,给研究工作带来了很大困难。迄今为止,换热壁面的污垢仍然是传热学中未真正解决的主要问题之一。
本文分析了污垢热阻研究的现实意义,并对国内外在污垢方面的研究成果进行综述,在此基础上提出本课题的研究内容和方法。
本文阐述了铜管内表面结垢情况,通过对比珠江水、泥沙颗粒污垢、湖水混和泥沙三种污垢热阻实验结果,得到珠江水污垢热阻在1.0~2.0×10-4m2·K/W之间;泥沙颗粒因为颗粒粒径较大,没有产生污垢,并且大粒径颗粒冲刷管内壁破坏了边界层,增加了湍流度,从而强化了对流换热;湖水和泥沙混和实验中,微生物与细小泥沙结合形成胶体,极易形成微生物污垢,黏附在铜管内壁,使污垢热阻增大,流速较低时污垢更容易黏附,一旦流速增加污垢又被剥离了,大颗粒冲刷铜管内表面,强化了对流换热。运用正交试验表设计硅酸铝颗粒污垢热阻实验,进行了3因素2水平的实验:管内流速分别为0.9m/s和1.2m/s、颗粒浓度分别为0.7kg/m3和1.4kg/m3、管型分别为内光滑管和内螺纹管,得出的污垢热阻不明显。最后针对广州发电厂结垢和堵塞严重的情况,利用2003年全年运行日志,进行了污垢热阻的计算,得出其平均污垢热阻约为0.8~2.0×10-4m2·K/W,与冷水机组实验得出的结果相符合。