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经过表面处理的蒸发器传热及防除垢研究

王红  
【摘要】: 在实际沸腾换热过程中,换热面上很容易生成污垢。污垢的存在,会使换热器的传热效能降低,流动阻力增大,能耗和物耗增加,并带来严重的安全隐患。 研究表明,污垢的形成和污垢与传热表面之间的附着力有关,而附着力的大小和材料表面的表面能密切相关,表面的表面能越大,附着力就越高。因此降低传热表面的表面能可在一定程度上使附着力减少,从而降低壁面污垢的形成概率。通过表面处理技术对换热表面进行表面处理,可降低传热表面的表面能。 由于采用表面处理技术对传热表面实施表面处理,既由于所处理之表面厚度极薄,不会对换热表面热阻产生不良影响,又可达到降低表面能的效果,故本文作者在对换热表面上污垢形成的机理及目前的研究现状进行综合分析的基础上,采用液相沉积法对传热表面进行处理,对所获得的处理表面的表面能、接触角、薄膜厚度等进行了测量和表征,得到了薄膜厚度和表面能的关系。研究结果表明对加热面进行一定的表面处理,可降低表面的表面能,并且薄膜处理厚度越薄,表面能越低。 在本文所用的流动沸腾实验装置中,应用自行开发的数据微机自动测试采集系统,对表面有不同厚度二氧化钛薄膜的加热面的传热和抗垢性能进行了研究。研究结果表明,在传热实验中,与未处理表面相比,当处理薄膜厚度为1587nm时,加热表面传热系数值是未经过表面处理表面传热系数值的106%~114%,当薄膜厚度为141nm时,加热表面的传热系数值是未处理表面传热系数值的110%~144%;在防垢实验中,薄膜厚度为141nm加热表面的传热系数随时间几乎不发生变化,薄膜厚度为1587nm加热表面的薄膜厚度的传热系数随时间稍稍有所下降,而未经过表面处理的表面的传热系数随着时间的变化迅速下降。经过处理的加热面的传热和防垢效果优于未经过表面处理的表面,并且薄膜越薄的表面的传热和防垢效果越好。这是由于表面经过表面处理,使得加热表面的表面能降低,从而减小了表面的润湿性,污垢与表面的附着力变小,因此传热和防垢效果好。此外,在本文中还考察了操作参数如热通量、主体流速等对传热和防垢的影响。随着热通量的增加、主体流速的增加,传热系数也增加。


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