探索三循环流化床蒸发器防除垢和强化沸腾传热的研究

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1、天津大学博士学位论文三循环流化床蒸发器防除垢和强化沸腾传热的研究姓名：张少峰申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：李修伦2000.5.1————————————————————二型至查!坐兰垡堡塞摘要，蒸发设备的防、除垢和强化传热问题是学术界及工业界普遍关注的课题。将多相流态化技术引入防、除垢和强化传热过程，通过在蒸发装置中加入一定种类、浓度、粒径的惰性固体颗粒的方法来达到防、除垢和强化传热的目的，取得了显著的效果，具有广阔的应用前景；本文从理论和实验两个方面深入研究了汽液圃三相循环流化床蒸发器的防、除垢和强化

2、传热机理，对其防除垢和强化传热性能做了进一步的考察，综合分析了防、除垢和强化传热效应，提出了最佳工艺条件，为汽液固三相循环流化床蒸发器的工业应用提供了理论依据。r论文主要内容如下：首先，对换热设备污垢的基本类型、形成过程、结垢机理进行了较全面的总结和分析，概括了换热设备的防、除垢技术，并提出了本文的一些看法。其次，对多相流沸腾传热及其防、除垢技术的研究现状进行了分析，在此基础上提出了多相循环流化床蒸发装置需要解决的关键问题，为本文的选题提供了依据。第三，研究了饱和盐卤溶液在沸腾换热面上的结垢机理；通过对污垢层结构的

3、分析，提出了加入固体颗粒后，蒸发管壁面的防、除垢机理；首次提出了汽液固三相流体的“混状流”研究方法。利用“混状流”模型，首次从理论上系统地研究了汽液固三相循环流化床蒸发器的防、除垢机理，建立了三相流体的剪应力模型、固体颗粒与垢层的碰撞模型和垢层温差应力脱除模型；通过计算和理论分析，系统地考察了操作参数、颗粒物性、颗粒体积分率等对汽液固三相流剪应力、颗粒对垢层碰撞应力和垢层温差应力的影响。第四，对流动沸腾传热的模型进行了分析，首次系统地提出了固体颗粒强化管内流动沸腾传热的机理，认为该机理是由固体颗粒增加了汽化核心、颗

4、粒碰撞边界层、颗粒与换热壁面间的对流传热和颗粒碰撞壁面引起的液体容积对流共同作用的结果，建立了相应的理论模型；对提出的强化传热模型进行了计算，模型计算值与实验数据吻合较好；给出了传热强化因子和贡献比的概念，研究了上述模型对强化传热的影响。对于颗粒与壁面间的对流传热，主要取决于颗粒密度、天津大学博士学位论文比热、导热系数三者的乘积项J口砧的大小；对于颗粒碰撞壁面引起的液体容积对流传热，主要取决于颗粒碰撞换热壁面的角度、颗粒直径及与壁面接触的颗粒数；第五，以饱和盐卤为工质，对汽液固三相循环流化床蒸发装置的防、除垢效应和

5、强化传热性能进行了研究。首先对汽液固三相循环流化床蒸发管内的流型进行了直观观察，观察结果表明：固体颗粒在管内的分布呈现管轴中心处稀、近壁面处浓的规律；固体颗粒在泡状流区域的分布趋于均匀；沿管轴向上，固体颗粒的运动速度及其紊乱程度增大，与壁面的碰撞频率及强度增加；在蒸发管上部的泡状流区域较易发生结垢现象。在此基础上，对汽液固三相循环流化床蒸发器的防、除垢和强化传热性能做了进一步的实验研究，实验结果表明：当蒸发管内没有加入固体颗粒或其体积分率较小时，系统运行～段时间后，蒸发管上部发生结垢且发展比较迅速，在本实验所用的恒

6、热流加热条件下，饱和盐卤的结垢曲线为线性型；当固体颗粒的体积分率较大时，其防垢效果较为明显，系统运行近100小时而无结垢现象发生。对于加入刚玉球颗粒的系统，蒸发管壁温有较大幅度的下降，汽液固三相流动沸腾传热系数比汽液两相流动沸腾传热系数有较大程度的提高，前者为后者的1．5～2．4倍。实验结果可用本文提出的防、除垢和强化传热机理进行较好的分析与解释，验证了固体颗粒在三相循环流化床蒸发器中的防、除垢和强化传热机理。在此基础上，本文给出了三相循环流化床蒸发器的最优操＼作条件。关键词流化床流动沸腾防除垢强化传热三相流蒸发器

7、————丕堡查兰苎主兰堡堡苎ABS’I’RACTTherearcacommonfocusonthesubjectofpreventingandremovingthefoulingsandenhancingtheheattransferinevaporatorinthefieldofacademiaandindustry．Multi-phasefiuidizationtechniquehasbeenusedintheprocessofpreventingandremovingthefoulingandenhancin

8、gtheheattransfer．Inertsolidparticleswereaddedtotheboilingliquidinordertopreventingandremovingfoulingsandenhancementheattransfer，whichhasremarkableeffectandcanbeappliedwidely．Inthis