垂直换热管内气液两相流动的传热与抗垢性能

点击：1569 日期：[ 2014-04-26 22:32:15 ]

摘要：针对污垢沉积而导致换热设备传热效率降低这一能源工程领域中的疑难问题，通过在换热管内通入气相，形成气液两相流动，在不同气体流量下进行了换热管内气液两相流动的传热和抗污垢性能研究。研究结果表明，由于气泡的扰动作用和破碎效应，不仅可以增大换热管传热系数和强化传热效果，而且也增强了抗污垢能力，从而大大延长了设备的高效运行时间，实现换热器的长期高效运行。　　　关键词：换热设备气液两相流动传热性能抗垢性能　　　换热设备广泛应用于工业生产领域中，但在实际运行中普遍存在着污垢沉积问题。换热设备的结垢将形成污垢热阻，随着垢层的加厚，导致总传热系数下降，从而使换热过程中的热效率降低，并引起垢下腐蚀，缩短设备使用寿命。另外，还减小流道截面，增大介质流动阻力而使动力消耗增加，严重时甚至会造成设备停运，由此造成一系列的经济损失。有数据统计，美国每年因设备污垢引起的损失费用在100亿美元左右，英国在换热器结垢方面的费用大约占设备的8%。因此，研究污垢防治对策具有很高的应用价值〔‘一’〕。防治对策分为抑制对策和除垢对策2种，由于抑制对策是在换热器运行过程中，尽可能地采取各种措施来减少污垢形成，也就是所谓的抑垢运行，它不同于除垢对策那样需要停产清洗，因此，各国的科研学者都积极研究开发各种抑垢技术。污垢的形成过程可分为起始、输运、附着、剥蚀和老化5个阶段，只要破坏其中的1个环节，就可以达到阻止污垢生长的目的。，为此，笔者将空气通人垂直换热管内以形成气液两相流动，利用气泡在上升过程中的扰动作用和破碎效应来达到阻垢的目的，这项研究在现有文献中未见报道。　　　为了研究垂直圆管内气液两相流动的换热及结垢性能，分别对未通人气体和通人不同流量气体的垂直圆管进行实验，并在冷态下以相同内径和长度的透明玻璃管取代套管进行冷膜实验，以便了解气液两相在圆管内的流动情况，因此要求传热部分为可拆卸装置并采用蒸汽加热方式。其中套管采用048 mm x 3 mm钢管，套管内为120℃的饱和蒸汽，套管外侧有20 mm厚的保温层。换热管采用025 mm x 2 mm钢管，有效传热长度1000 mm，管内为水或CaC03饱和溶液，换热管出口流体经一冷却器冷却后流人循环水槽，以便循环利用。另外在结垢性能实验时，由于碳酸钙的结垢使得其在整个循环系统中的含量减小，为此需在水槽中加人碳酸钙粉末，此时在系统中增设搅拌设备不断搅拌并用过滤网滤去水槽中较大的碳酸钙颗粒，这样可以确保在整个循环过程中，CaC03溶液都处于饱和状态。对于测量系统，本实验中采用美国国家仪器公司生产的PCI-6024E数据采集卡及其CB-68LP附件，并基于LabVIEW软件编写数据处理程序[a7，将采集到的温度值和计算得出的换热系数、污垢热阻实时保存在指定的计算机内存中某个文件夹里，便于实验结束后进行调用与分析。综上所述，设计了如图1所示的实验装置系统．

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