防腐镀（涂）层管束表面对流凝结换热特性实验研究

发布时间：2017-08-06 07:03

  本文关键词：防腐镀（涂）层管束表面对流凝结换热特性实验研究

  更多相关文章： 凝结 对流 传热 腐蚀 余热回收

【摘要】：随着经济的飞速发展,我国的能源消费总量日益俱增,但能源利用效率仅为30%,其中很多未利用的能量以余热的形式排放到大气中,造成能源的极大浪费。烟气余热是整个工业余热的主要部分,并且烟气余热的回收率仅为34.9%,因此,烟气余热回收利用的空间和潜力巨大。低温烟气余热回收利用不仅可以回收烟气中水蒸气的潜热和烟气的显热来提高锅炉热效率,而且产生的凝结液可以吸收烟气中部分酸性气体,因此具有节能与环保的功效。但是,低温烟气的余热回收主要面临着换热温差低和换热器低温腐蚀严重两个难题,解决这两个难题最合适的途径是寻找促进珠状凝结和抑制低温腐蚀的换热表面。因此,研究不同镀(涂)层管束的对流凝结换热特性及耐蚀性能具有重要的工程应用和学术价值。本文在自行设计的实验装置上,模拟了低温烟气余热回收利用的过程,系统地研究了紫铜、Ni-P镀层、Ni-P-Cu镀层和聚四氟乙烯(PTFE)涂层管束的对流凝结换热特性及耐蚀性能,并通过多元线性拟合得出了紫铜、Ni-P镀层、Ni-P-Cu镀层和PTFE涂层管束的对流凝结复合换热Nu的实验关联式。腐蚀性能实验的结果表明,紫铜管表面的腐蚀速度为84.2mg/(dm2·d),Ni-P镀层管、Ni-P-Cu镀层管和PTFE涂层管表面的耐蚀性能明显优于铜管,腐蚀速度分别为13.8、11.5和5.2mg/(dm2·d), PTFE涂层管表面具有最佳的耐蚀性能；穿透能力强的氯离子破坏紫铜管表面的氧化膜,使其发生了严重的点蚀；Ni-P镀层管中镍与氯离子生成易溶解的氯化镍,并出现了膜富磷现象,微观表面出现了腐蚀裂痕; Ni-P-Cu镀层管的镀层中铜元素的加入增强了耐蚀性能,微观表面仅有一个点蚀区域,未有腐蚀裂痕出现；PTFE分子中氟原子几乎覆盖了整个碳链骨架,使PTFE涂层管表面具有超强的耐蚀性能,阻断了紫铜管表面与腐蚀介质的接触。换热性能实验的结果表明,含湿气体流速越大,水蒸气质量分数越高,紫铜、Ni-P镀层、Ni-P-Cu镀层和PTFE涂层管束的凝结换热系数、气侧对流凝结复合换热系数和总换热系数越大；紫铜管管外凝结状态主要为膜状凝结,而Ni-P镀层、Ni-P-Cu镀层和PTFE涂层管外主要以珠状凝结为主；Ni-P镀层、Ni-P-Cu镀层和PTFE涂层管束凝结换热系数相比紫铜管管束分别提高5%-35%、14%-61%和10%-48%,Ni-P-Cu镀层管束具有最佳的凝结换热效果；铜管、Ni-P镀层管和Ni-P-Cu镀层管表面的物相结构分别为晶体结构、混晶体结构(以非晶结构为主)和非晶体结构,晶体含量越低,表面自由能较低,凝结换热效果越好；PTFE的对称主链结构使得它具有高度的结晶性,但PTFE中氟原子的电负性极大使PTFE表面自由能较低,能显著地促进换热表面形成珠状凝结；紫铜、Ni-P镀层、Ni-P-Cu镀层和PTFE涂层管束的对流凝结复合换热Nu的实验关联式能较好地将实验值与预测值的偏差控制在15%之内。不同镀(涂)层管束的对流凝结换热特性及耐蚀性能实验研究表明,在低温烟气余热回收的实际应用中,应当综合考虑镀(涂)层管束的换热性能和耐蚀性能,当烟气的腐蚀性较大时,优先选择PTFE涂层换热管束；当烟气的腐蚀性较小时,则首选换热效果最好的Ni-P-Cu镀层换热管束。
【关键词】：凝结 对流 传热 腐蚀 余热回收
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符号说明8-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题的研究背景及意义12-14
• 1.1.1 烟气余热回收的意义12-13
• 1.1.2 烟气余热回收的常用技术13-14
• 1.2 换热表面对流凝结换热特性及耐蚀性能研究现状14-19
• 1.2.1 对流凝结复合换热特性的理论研究现状14-15
• 1.2.2 普通表面对流凝结换热特性的实验研究现状15-16
• 1.2.3 不同镀(涂)层表面耐蚀性能的实验研究现状16-17
• 1.2.4 不同镀(涂)层表面对流凝结换热特性的实验研究现状17-19
• 1.3 课题研究目的及内容19
• 1.4 本章小结19-20
• 第二章 实验系统以及数据处理方法20-34
• 2.1 实验系统及步骤20-22
• 2.1.1 不同紫铜基镀(涂)层管表面耐蚀性能实验20
• 2.1.2 含湿气体横掠镀(涂)层管束对流凝结换热性能实验20-22
• 2.2 实验设备及仪器22-25
• 2.2.1 直流式蒸汽发生器23
• 2.2.2 蠕动泵23-24
• 2.2.3 电加热器及智能PID仪表24
• 2.2.4 温湿度变送器24-25
• 2.2.5 数据采集器25
• 2.3 实验数据的处理方法25-31
• 2.3.1 耐蚀性能参数的计算25
• 2.3.2 湿空气物性参数的计算25-27
• 2.3.3 换热系数的计算27-29
• 2.3.4 对流凝结复合换热实验关联式的拟合29-31
• 2.4 实验误差分析31-33
• 2.4.1 直接测量误差分析31-32
• 2.4.2 间接测量误差分析32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 不同紫铜基镀(涂)层管表面耐蚀性能实验研究34-41
• 3.1 引言34
• 3.2 实验方法和样品制备34
• 3.3 腐蚀实验结果及耐蚀性能分析34-40
• 3.3.1 不同紫铜基镀(涂)层管表面腐蚀速度34-35
• 3.3.2 不同紫铜基镀(涂)层管腐蚀前后表面形貌35-37
• 3.3.3 不同紫铜基镀(涂)层管表面腐蚀前后成分变化37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第四章 紫铜管管束对流凝结换热特性的实验研究41-46
• 4.1 引言41
• 4.2 含湿气体横掠紫铜管管束凝结换热特性41-42
• 4.3 含湿气体横掠紫铜管管束气侧对流凝结复合换热特性42-43
• 4.4 含湿气体横掠紫铜管管束总换热特性43
• 4.5 紫铜管管束表面对流凝结复合换热的实验关联式43-44
• 4.6 本章小结44-46
• 第五章 紫铜基镀(涂)层管束对流凝结换热特性的实验研究46-57
• 5.1 引言46
• 5.2 含湿气体横掠紫铜基镀(涂)层管束对流凝结换热特性46-49
• 5.2.1 含湿气体横掠紫铜基镀(涂)层管束凝结特性46-47
• 5.2.2 含湿气体横掠紫铜基镀(涂)层管束气侧对流凝结复合换热特性47-48
• 5.2.3 含湿气体横掠紫铜基镀(涂)层管束总换热特性48-49
• 5.3 不同紫铜基镀(涂)层管束表面对流凝结换热效果对比分析49-54
• 5.3.1 不同紫铜基镀(涂)层管束表面珠状凝结状态49-50
• 5.3.2 不同紫铜基镀(涂)层管束表面物相结构50-51
• 5.3.3 不同紫铜基镀(涂)层管束凝结换热特性比较51-52
• 5.3.4 不同紫铜基镀(涂)层管束气侧对流凝结复合换热特性比较52-53
• 5.3.5 不同紫铜基镀(涂)层管束总换热特性比较53-54
• 5.4 不同紫铜基镀(涂)层管束表面对流凝结复合换热实验关联式54-55
• 5.5 本章小结55-57
• 第六章 结论与展望57-60
• 6.1 全文总结57-58
• 6.2 进一步研究建议58-60
• 参考文献60-64
• 致谢64-65
• 作者简介,攻读硕士学位期间的学术成果65

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王中铮，郭新川，王艳，谷操，，赵镇南，李汝俊;水蒸汽在复杂流道中的凝结换热规律[J];工程热物理学报;1995年01期

2 冯健美,屈宗长,司玉宝,王迪生;管外凝结换热的计算[J];压缩机技术;2000年05期

3 魏东,马一太,王中铮,洪芳军;多孔型纵槽凝结换热表面的性能研究[J];太阳能学报;2001年04期

4 顾扬彪;廖强;朱恂;王宏;;圆形径向梯度表面能材料表面的凝结换热系数[J];重庆大学学报(自然科学版);2006年05期

5 邵树峰;严俊杰;曹岩;刘继平;;超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究[J];工程热物理学报;2007年01期

6 杨历;彭宝宏;;凝结蒸汽中加入添加剂对凝结换热影响研究[J];热科学与技术;2007年02期

7 武心壮;邵树峰;严俊杰;曹岩;;超音速蒸汽浸没射流凝结换热的实验研究[J];工程热物理学报;2009年01期

8 李慧君;;滴形管凝结换热性能的实验研究[J];中国电机工程学报;2009年20期

9 穆连波;王随林;葛海霞;严欢;罗雪莹;;防腐表面特性对烟气凝结换热影响的实验研究[J];建筑节能;2010年12期

10 赵玉龙;赵军;王世学;葛明慧;董彬;;含CO_2的蒸汽凝结换热实验研究[J];低温与超导;2013年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 穆连波;王随林;葛海霞;严欢;罗雪莹;;防腐表面特性对烟气凝结换热影响的实验研究[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会资料集[C];2010年

2 张隽峰;王随林;潘树源;;防腐镀膜表面烟气强迫对流凝结换热实验研究[A];全国暖通空调制冷2004年学术文集[C];2004年

3 汪荣顺;鲁雪生;顾安忠;张路;;甲烷气在V型纵槽管上凝结换热强化[A];上海市制冷学会一九九七年学术年会论文集[C];1997年

4 张会勇;李俊明;安刚;王补宣;;制冷剂在微细通道内凝结换热研究进展[A];中国制冷学会2005年制冷空调学术年会论文集[C];2005年

5 葛明慧;赵军;王世学;;含高浓度CO_2的水蒸气在竖直平板上的凝结换热实验研究[A];高等学校工程热物理第十九届全国学术会议论文集[C];2013年

6 肖航;刘纳;李俊明;;R32在微细通道中凝结换热的实验研究[A];第二届中国制冷空调专业产学研论坛论文集[C];2013年

7 万金庆;李瑞阳;郁鸿凌;;EHD强化垂直管内凝结换热的可视化实验研究[A];中国制冷学会2009年学术年会论文集[C];2009年

8 刘纳;李俊明;;R32在水平微圆管内凝结换热的数值模拟[A];第二届中国制冷空调专业产学研论坛论文集[C];2013年

9 张会勇;李俊明;王补宣;;水平微圆管内R22和R410a凝结换热的实验研究(一):凝结换热[A];第八届全国空调器、电冰箱（柜）及压缩机学术交流会论文集[C];2006年

10 张会勇;李俊明;王补宣;;水平微圆管内R22和R410a凝结换热的实验研究(二):流动压降[A];第八届全国空调器、电冰箱（柜）及压缩机学术交流会论文集[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 崔永章;内置折边扭带管内混合气体对流凝结换热与阻力性能研究[D];山东大学;2011年

2 李成;湿空气及其烷烃混合物的凝结换热研究[D];清华大学;2011年

3 葛明慧;含高浓度CO_2的蒸汽凝结换热及其强化传热性能研究[D];天津大学;2014年

4 程\~;内外表面熔焊管强化凝结传热实验研究与机制分析[D];山东大学;2014年

5 彭云康;CMT排水过程中初始参数对流体温度分布及冷凝特性影响研究[D];重庆大学;2003年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王华峰;管壳式换热器分液特性实验研究与数值模拟[D];天津商业大学;2015年

2 刘兆伟;水平管内R245fa凝结换热研究[D];天津商业大学;2015年

3 高洪贺;负压下水平管束凝结换热的实验与研究[D];新疆大学;2015年

4 永珍;圆管外凝结换热系数的预测与实验测定[D];新疆大学;2015年

5 王佩;圆管内凝结液膜分布及换热特性研究[D];华北电力大学;2015年

6 张振;二元非共沸制冷工质管外凝结换热研究[D];中原工学院;2015年

7 杨丽君;管壳式换热器凝结换热实验研究[D];南京工业大学;2015年

8 肖航;R290和R1234ze在水平微通道内流动凝结换热的实验研究[D];清华大学;2015年

9 王帅;防腐镀（涂）层管束表面对流凝结换热特性实验研究[D];东南大学;2016年

10 彭宝宏;表面张力对凝结换热的影响研究[D];河北工业大学;2007年

本文编号：628806