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描述传质/剪切竞争对污垢生长作用的无量纲参数

时间:2016/6/6 15:50:43

描述传质/剪切竞争对污垢生长作用的无量纲参数(51406072

项目简介

国内外的研究结果表明流速对污垢的影响非常复杂,涉及污垢自身特征、换热器壁面材质特征、污垢养分对流传输及流体在污垢表面的剪切等的强耦合作用。同时,以上大多数研究发现了污垢养分对流传输和流动在污垢表面剪切作用相互竞争决定着污垢生长的现象。但从以上流速对污垢生长特性影响的研究结果来分析,现有结果在表象上比较混乱,所得结果随实验而变,这说明目前对污垢自身特征、换热器壁面材质特征、污垢养分对流传输及流体在污垢表面的剪切耦合的内在机制认识亟待深入,同时需要提高实验结果的工业应用性。

为了弥补上述流速对污垢生长影响研究的不足,本项目的研究思路为在考虑污垢自身特征、换热器壁面材质特征、污垢养分对流传输及流体在污垢表面的剪切等的强耦合作用的同时,重点研究在污垢生长过程中流动引起的对流传质和剪切相互竞争程度的描述参数及其和污垢生长特征的关系。项目期盼的结果是:描述参数能揭示污垢自身特征、换热器壁面材质特征、污垢养分对流传输及流体在污垢表面的剪切等的强耦合机制;获得描述参数和污垢生长特征的关系。在两相似的污垢生长环境下,该参数具有相同数值时,所对应的无量纲污垢生长率相等,这样实验获得的该参数与污垢生长特征的关系就可以应用到工业实际中,具有指导工业生产中污垢抑制的价值由此可见,项目的研究结果不仅有较大的学术意义,而且有较高的实用价值。

研究内容

1)基础数据的测定及表征

2)寻求对流传质和剪切力竞争程度的描述参数

3获得CaCO3和CaSO4两种污垢生长的描述参数和污垢生长特征的关系

4)关系普适性验证

研究目标

1)揭示污垢养分对流传输及流体在污垢表面的剪切等的强耦合机制。

2)获得污垢养分对流传质和剪切力竞争程度的描述参数。

3)获得CaCO3 CaSO4两种典型污垢的描述参数和污垢生长特征的普适关系。

拟解决的关键科学问题

1)获得污垢养分对流传质和剪切力竞争程度的描述参数。

2)污垢自身特征、换热器壁面材质特征及其综合特征的表征。

研究方法

由于污垢生长过程非常复杂,数值方法虽然高效但与实际相差较大,从而本项目主要采用实验和分析相结合的方法开展研究工作。具体方法如下:

1)污垢生长的实验方法

通过实验室现有的管壳式水冷凝器污垢沉积率实验平台,分别测试不同工况下,污垢在:起始、输运、附着、剥离几个过程中的生长情况;探索测试管中污垢的沉积、生长机理;计算并测定换热管壁面上的污垢沉积厚度,分析污垢沉积率和污垢层的生长情况。实验系统如图1所示。

描述传质/剪切竞争对污垢生长作用的无量纲参数

1 污垢沉积率测试实验平台

2) 附着在壁面上污垢尺寸的测量

扫描电子显微镜(SEM)是依据电子和物质的相互作用制造的,可以用于获取被测样品本身的形貌、组成、晶体结构等信息。本项目拟采用SEM对换热器壁面上污垢的形貌和尺寸进行直接测量。

3) 附着在壁面上污垢附近污垢养分浓度梯度的测定方法

附着在壁面上污垢附近的污垢养分浓度梯度和污垢的生长情况呈现出一定的定量关系,因此可以通过测试不同时刻污垢的生长情况来获得附着在壁面上污垢附近的污垢养分浓度梯度。本实验初步采用工业CT技术,测试不同时间段的污垢形貌特征,进而获得壁面污垢附近的污垢养分浓度梯度,具体装置如图2所示。

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2 工业CT系统结构图

4)作用在附着在壁面上污垢剪切力的测定

作用在附着在壁面上污垢的剪切力采用电化学方法测定,具体装置和流程如图3所示。

描述传质/剪切竞争对污垢生长作用的无量纲参数

3 剪切力电化学测量的装置示意图

项目的技术路线

  本项目拟采用实验和分析相结合的研究方案,具体技术路线如图4所示。

描述传质/剪切竞争对污垢生长作用的无量纲参数 

4 技术路线图

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