强化管表面污垢生长特性的非加速实验测试与模拟分析
发布时间：2020-11-11 08:54
在暖通空调领域,强化换热管常用来制成壳管式冷凝器而广泛应用于冷却塔水系统中。长时间运行后,强化管表面会形成污垢,从而影响其换热性能,而污垢热阻是强化管的关键参数之一。以往的光管表面污垢热阻数据不适用于强化管,因此需要对强化管表面污垢热阻进行实际测试研究,为建立强化管表面污垢热阻与运行参数以及结构参数之间的关联式(预测模型)提供数据基础。本课题以强化换热管表面污垢为研究对象,开展了污垢测试中的去耦分析实验及不同表面几何参数下混合污垢的实际(非加速)测试实验,分析了换热管表面几何参数对污垢热阻的影响规律,同时基于Monte Carlo方法建立了颗粒污垢的初步生长模型,提出了有效边界层厚度的概念,并对颗粒污垢的生长过程进行了初步模拟。本文首先详细的阐述了已搭建完成的冷却塔水系统强化换热管表面污垢测试实验平台的工作原理及具体构成。开展了去耦分析实验,定量分析了流速变化和热流密度变化对强化管总传热系数的影响规律,并以此为基础提出污垢热阻的修正计算公式,实现了对污垢热阻的准确测试。其次,开展了中等水质浓度下流速为~1.6m/s时的实际污垢测试,确定9根测试管(8根强化管和1根光管)的污垢热阻,分析表面几何参数对污垢生长过程的影响,确定本次实验条件下的最优表面几何参数。通过对强化管换热特性以及水质的长时间连续监测,研究分析了实验过程中冷却水的水质、传热系数、污垢热阻、水侧压降法等变化规律。随后,基于Monte Carlo方法,通过合理的简化和假设,建立了换热管表面颗粒污垢生长过程的初步物理计算模型,利用MATLAB软件,模拟分析了颗粒污垢生长过程。该Monte Carlo颗粒污垢生长模型为后续混合污垢的模拟提供了参考依据。最后,基于模拟分析提出了有效边界层厚度的概念并对其进行了验证,分析了流速、管径对颗粒污垢生长及有效边界层厚度的影响。有效边界层厚度的提出为实际模拟过程中存在的运行时间长、内存大等问题提供新的解决方案。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83
【部分图文】：
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文冷冻水箱蒸发器压缩机干燥过滤器储液罐视液镜 2冷却水箱旁通阀过冷器油分离器视液镜 1冷却水TTT温控器T流量计压力传感器安全阀压差传感器壳管式冷凝器测试强化管膨胀阀水质在线监测仪冷却塔室外室内溢流补给水箱水位控制器电磁阀 换热器温控器电加热器图 2-1 强化换热管表面污垢热阻测试平台原理图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文冷冻水箱蒸发器压缩机干燥过滤器储液罐视液镜 2冷却水箱旁通阀过冷器油分离器视液镜 1冷却水TTT温控器T流量计压力传感器安全阀压差传感器壳管式冷凝器测试强化管膨胀阀水质在线监测仪冷却塔室外室内溢流补给水箱水位控制器电磁阀 换热器温控器电加热器图 2-1 强化换热管表面污垢热阻测试平台原理图
图 3-1 传热系数随流速的变化（定热流密度）图 3-1 所示，将测试管实测点进行拟合做出趋势线，观察趋势线区间流速范围内，传热系数随着流速的增加呈线性增大，与理论流速范围扩大时，流速与传热系数之间并非呈线性关系[49]。由图1）9 根换热管因管内几何参数不同，其换热能力有所不同。当流5~1.85m/s 时，7 号管换热能力始终最强，9 号光管换热能力最弱验条件下，洁净状态的 8 根强化换热管换热能力始终都强于光管2）当流速为 1.85m/s 时，5 号管与 9 号管传热系数仅相差 8%，可知，当流速继续增加，9 号光管的换热能力即将大于 5 号强化换势线仅在 1.35~1.85m/s 流速范围内成立，因此光管的换热能力能流速影响较小的强化换热管还需进一步的实验验证。3）对于不同的测试管，流速变化对其传热系数的影响不同。当增长到 15%时，9 根测试管传热系数增长范围为 10%~23%，传热系16%，其中 7 号管传热系数增长最大为 23%，因此本文提出“敏感即某一因素变化对实验结果的影响作用，其中影响作用越大，敏
【参考文献】
本文编号：2879000
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU83
【部分图文】：
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文冷冻水箱蒸发器压缩机干燥过滤器储液罐视液镜 2冷却水箱旁通阀过冷器油分离器视液镜 1冷却水TTT温控器T流量计压力传感器安全阀压差传感器壳管式冷凝器测试强化管膨胀阀水质在线监测仪冷却塔室外室内溢流补给水箱水位控制器电磁阀 换热器温控器电加热器图 2-1 强化换热管表面污垢热阻测试平台原理图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文冷冻水箱蒸发器压缩机干燥过滤器储液罐视液镜 2冷却水箱旁通阀过冷器油分离器视液镜 1冷却水TTT温控器T流量计压力传感器安全阀压差传感器壳管式冷凝器测试强化管膨胀阀水质在线监测仪冷却塔室外室内溢流补给水箱水位控制器电磁阀 换热器温控器电加热器图 2-1 强化换热管表面污垢热阻测试平台原理图
图 3-1 传热系数随流速的变化（定热流密度）图 3-1 所示，将测试管实测点进行拟合做出趋势线，观察趋势线区间流速范围内，传热系数随着流速的增加呈线性增大，与理论流速范围扩大时，流速与传热系数之间并非呈线性关系[49]。由图1）9 根换热管因管内几何参数不同，其换热能力有所不同。当流5~1.85m/s 时，7 号管换热能力始终最强，9 号光管换热能力最弱验条件下，洁净状态的 8 根强化换热管换热能力始终都强于光管2）当流速为 1.85m/s 时，5 号管与 9 号管传热系数仅相差 8%，可知，当流速继续增加，9 号光管的换热能力即将大于 5 号强化换势线仅在 1.35~1.85m/s 流速范围内成立，因此光管的换热能力能流速影响较小的强化换热管还需进一步的实验验证。3）对于不同的测试管，流速变化对其传热系数的影响不同。当增长到 15%时，9 根测试管传热系数增长范围为 10%~23%，传热系16%，其中 7 号管传热系数增长最大为 23%，因此本文提出“敏感即某一因素变化对实验结果的影响作用，其中影响作用越大，敏
【参考文献】
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本文编号：2879000
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