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矩形通道内四面体涡流发生器MgO颗粒污垢特性研究

程永林  
【摘要】:污垢是指在与流体接触的换热设备表面上逐渐积聚起来的那层固态或软泥状物质,是导致换热设备性能下降的重要原因。涡流发生器作为无源强化换热技术的产物,通过诱导涡旋、增加流体扰动、减薄壁面边界层的作用方式,不但可以强化传热,而且能够抑制污垢在换热表面积聚。本文实验研究矩形通道内四面体涡流发生器MgO颗粒污垢特性。首先,对安装与未安装四面体涡流发生器的矩形通道进行对比实验,旨在揭示四面体涡流发生器对MgO颗粒污垢的影响机制。结果表明:工质流经四面体涡流发生器时诱导对称发散路径的涡流对,对污垢的附着和剥蚀过程产生重要影响;安装了四面体涡流发生器的矩形通道有较少污垢沉积。其次,依据正交实验的思想设计实验,探究了四面体涡流发生器的高度、长度以及宽度对颗粒污垢特性的影响;寻求实验范围内具有最佳抑垢效果的高度、长度、宽度组合。实验结果表明:四面体涡流发生器的抑垢能力随着高度的增大、长度的减小、宽度的增大而加强;其高度和宽度对污垢热阻均有显著影响,高度对污垢热阻渐近值的影响最大、宽度次之、长度的影响最小且不显著;高度为6mm长度为20mm宽度为30mm的四面体涡流发生器具有最好的抑垢效果。在此基础之上,实验研究了纵向间距对MgO颗粒污垢的影响。在实验范围内,污垢热阻渐近值随纵向间距的增加呈现出先下降后上升的趋势。最佳抑垢效果在80mm纵向间距附近取得。最后,依据正交设计实验,考察了流速、浓度、入口温度以及水浴温度对污垢特性的影响;探寻了实验范围内结垢最少的运行工况。结果表明:浓度对污垢热阻渐近值的影响最大,流速其次,入口温度再次之,水浴温度的影响最小;污垢热阻渐近值随流速的增大、浓度的减小、入口温度的降低和水浴温度的升高而减小;实验范围内,在工质流速为0.15m·s~(-1)、工质浓度为200mg·L~(-1)、入口温度为23℃、水浴温度为50℃的工况下结垢量最小。


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