微生物污垢仿生换热模型及数值模拟

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1、硕士学位论文微生物污垢仿生换热模型及数值模拟BIOFOULINGBIONICANDHEATTRANSFERMODELANDNUMERCIALSIMULATION王蓉哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：ﾋ995.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文微生物污垢仿生换热模型及数值模拟硕士研究生：王蓉导师：谭羽非教授申请学位：工学硕士学科：供热、供燃气、通风及空调工程所在单位：建筑学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:ﾋ995.3ﾋ.D

2、.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringBIOFOULINGBIONICANDHEATTRANSFERMODELANDNUMERCIALSIMULATIONCandidate：WangRongSupervisor：Prof.anYufeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Heating,GasSupply,VentilatingandAirConditioningEngineeringAf

3、filiation：SchoolofArchitectureDateofDefence：EJAuninrveCi,roo2nn0dm1i8teionntainlgEEngnginineeeerirninggDegree-Conferring-Institution：AHiarrCbionndInitsiotintuintgeEofngiencehernionglogy摘要摘要由于各类换热器都存在着不同程度的污垢阻热问题，换热器表面产生的污垢造成了巨大的经济损失所以防垢是传热界一直关注、亟待解决的主要问题之一。在以往的研究

4、中，微生物污垢生长仍然采用传统的实验方法研究，所以在微观层面，微生物污垢实际生长过程与换热器换热情况的交互影响机制与规律尚不明确，仍依靠经验获得，本文运用数值模拟的方法对微生物污垢在换热面的生长、密实化以及其换热的过程进行研究，总结在微生物结垢过程中各种影响结垢的因素并对结果进行传热传质机理进行探究。首先从微观角度出发，利用细胞自动机模型建立微生物仿生模型模拟微生物的生长过程，并将模拟结果进行拟合后与经验数据与公式对比，使其得到验证；从而获得微生物污垢生长的规律。其次将微生物污垢在换热表面积聚生长的过程以数学、物理模型的形

5、式表现出来得到微生物污垢生长预测模型，并利用该模型对实际换热表面的运行进行数值模拟，分析微生物结垢过程中的传热传质机理并总结微生物污垢热阻的影响因素。微生物污垢生长预测模型数值模拟的计算区域为100×60mm的矩形通道，主要针对流体在换热器中以不同的微生物质的浓度、入口温度、入口流速、换热壁面温度、热流密度以及孔隙率进行实际工况模拟；对在换热面上影响微生物结垢的影响因素进行了深入研究分析，得出以下结论：该微生物污垢的厚度在5~110μm之间分布，污垢导热系数为0.38W·m-1K-1；热流密度和入口温度越高，微生物污垢粘附

6、在换热器表面上概率越高，使得微生物污垢热阻越大；由于流速的增加导致流体剪切力增加，有助于提高微生物污垢的剥蚀率，使得微生物污垢热阻降低；孔隙率的增大会使微生物污垢密度变大，从而热阻增加。本研究对于深入认识微生物污垢生长机理和传热特性的科学问题具有一定的借鉴作用。关键词：微生物污垢；细胞自动机；数值模拟；生长机理；结垢特性-I-AbstractAbstractBecauseallkindsofheatexchangershavedifferentdegreesoffoulingandheatresistance,foulin

7、gonthesurfaceofheatexchangershascausedhugeeconomiclosses,soscalepreventionhasalwaysbeenconcernedbytheheattransferfieldandoneofthemainproblemstobesolvedurgently.inpreviousstudies,microbialfoulinggrowthisstillstudiedbytraditionalexperimentalmethods.therefore,atthemi

8、crolevel,theinteractionbetweentheactualgrowthprocessofmicrobialfoulingandheattransferofheatexchangerisnotclear.inthispaper,thegrowth,compactionandheattr