强化管表面污垢生长特性的非加速实验测试与模拟分析

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1、硕士学位论文强化管表面污垢生长特性的非加速实验测试与模拟分析LONG-TERMTESTANDSIMULATIONSTUDYONTHECHARACTERISTICSOFFOULINGONTHESURFACEOFENHANCEDTUBES高榕哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TK172.4学校代码：10213国际图书分类号：697密级：公开工程硕士学位论文强化管表面污垢生长特性的非加速实验测试与模拟分析硕士研究生：高榕导师：沈朝副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：建筑学院答辩日期：2018年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK172.4U.D.C:697DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringLONG-TERMTESTANDSIMULATIONSTUDYONTHECHARACTERISTICSOFFOULINGONTHESURFACEOFENHANCEDTUBESCandidate：GaoRongSupervisor：Assoc.Prof.ShenChaoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineer

3、ingSpeciality：ConstructionandcivilengineeringAffiliation：SchoolofArchitectureDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要在暖通空调领域，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

4、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MonteCarlo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

5、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MonteCarlo方法，通

6、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MonteCarlo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。本研究为国家自然科学基金“基于MonteCarlo法强化管表面颗粒-析晶垢形成机理及预测模型研究（No.51606049）”的部分

7、研究内容。关键词：强化换热管；非加速实验；混合污垢；污垢热阻；颗粒生长模型；有效边界层厚度-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTheenhancedtubeisbeingusedmoreofteninwater-chillercondensersbecauseoftheirsuperiorperformanceinheattransfer.TheuseofenhancedtubesincoolingtowersystemsisaverycommonapplicationinHVACindustry.The

8、heattransferperformanceofenhancedtubesisaffectedbythefoulingbuild-upontheheattransfersurfaces.Thefoulingresistanceisoneofthemostimportantparametersfordesigning