气液两相流对板式换热器污垢特性的影响研究.pdf

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1、第44卷第2期化工机械135气液两相流对板式换热器污垢特性的影响研究毕庆生1任萍2李邓超1(1．长春工程学院能源与动力工程学院吉林省建筑能源供应及室内环境控制工程研究中心；2．吉林省电力科学研究院有限公司)摘要通过对比实验研究了气液两相流对板式换热器污垢特性的影响。结果表明：板式换热器污垢热阻值随着含气量的增大而减小，含气量越多，扰动越强，其污垢热阻值越小。同时发现相同含气率条件下气泡尺寸越小，抑垢效果越好。关键词板式换热器气液两相流气泡尺寸污垢特性中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254-6094(201

2、7)02-0135-06’随着当代工业的迅速发展，在动力、石油、核能、冶金、制冷、化工及航天等领域都存在换热设备结垢的问题，换热表面结垢会降低设备的换热效率，加速设备的老化，严重时还会影响正常的安全运行，因此也越来越受到人们的重视。板式换热器因具有结构紧密、换热效率高、占用空间小及便于安装清洗等诸多优点，而被广泛应用于工程领域。国内外学者对板式换热器内的两相流动传热和阻力做了大量的研究¨。1，发现板式换热器内两相流动相对于单相流换热性能增强，但对压力变化会有很大的影响。也有学者提出气液两相流在板式换热器中流动时，两相流

3、的相对速度、气相的体积分数等物性参数具有很大的随机性，其流动换热情况更为复杂∞’“。针对污垢方面的研究得出水质参数(如氧含量、生物菌、酸碱度及浓度等)的变化对板式换热器的污垢特性的影响规律，发现流体内各参数能够产生相互的协同作用，对污垢的生长有很大的影响¨“⋯。顾业梅等研究发现在相同的工况下换热表面越光滑，CaCO，析晶污垢的沉积量越少，而换热表面越粗糙则沉积量越多⋯1。Grand．georgeS等研究发现，小浓度的污垢诱导期较大浓度的污垢诱导期长¨2

4、。昝成等通过建立污垢热阻的数值模型来分析颗粒污垢粒径尺寸对污垢沉积

5、量的影响，提出了不同颗粒粒径尺寸对污垢影响的界限参考值¨”。QaisraniTM和SamhaberwM以板式换热器内二级出水为研究对象，着重考察了温度和板间流速对污垢初始过程的影响014]。PacekAW和NienowA研究发现气泡反冲和气体鼓泡能够相互产生协同作用来抑制污垢的形成，并能提高膜的清洗效率¨“。笔者通过实验的方法研究了气液两相流对板式换热器污垢特性的影响，分析了两相流对污垢特性的影响规律和原因，为抑垢研究提供一定参考。1实验系统与原理1．1实验系统实验系统如图1所示，主要由加热系统、冷却系统、供气系统、数

6、据采集系统(图中未画出)和待测板式换热器5部分组成。基金项目：吉林省教育厅项目(2015305)；吉林省科技厅项目(20100638)。作者简介：毕庆生(1968．)，副教授，从事电站和供热的热力系统节能分析方面的研究，bqs6808s@163．tom。136化工机械2017正图1实验系统1——板式换热器；2——低温介质水箱；3——低温介质循环泵；4——旁通阀；5、9、23——流量平衡阀；6——电磁流量计；7——空气转子流量计；8、13、15、26、28——压力测点；10——空气压缩机；1l——混合器；12、14、25

7、、27——温度测点；16——空冷水箱；17——空冷循环泵；18——换热扇；19——散热器；22——高温介质循环泵；20——电加热器；21——恒温水箱；24——涡轮流量计实验系统的循环系统分为冷水侧和热水侧。冷水侧由压缩机压缩的空气经平衡阀、压力表和空气转子流量计到混合器与低温介质循环泵输送的水组成冷却工质进入板式换热器吸热，然后流入冷却水箱，在冷却水箱中由变频风冷系统调整温度，使温度维持在一定范围；而热水侧热水由电加热器加热经高温介质水泵、涡轮流量计进入换热器放热后重新流回恒温介质水箱再加热，如此循环往复。实验使用的待

8、测板式换热器是吉林四平生产的BR0．015F型板式换热器。在实验使用的气液两相流装置内部粘合一块塑料孔板，上面均匀分布直径相同的小孔，既保证气相能够较为均匀地分布在液相中，又使气泡尺寸一致。图2为孔板的示意图，通过改变孔径来改变气泡尺寸，本实验应用了3个不同孑L径d(0．5、1．0、1．5mm)的孔板。0嵫

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11、拶图2孔板示意图1．2实验原理理论上换热器的换热量咖等于热侧放热量咖。，也等于冷侧吸热量中：，但考虑到换热器的散热损失，中。、西：并不相等，因此，定义热平衡相对误差卵为i第44卷第2期化工机械137叼=I西l一

12、中2I／中l×100％(1)若卵≤5％，则认为实验数据合理。洁净状态下的总传热系数k、对数平均温差△f。和污垢热阻R，分别为：拈志㈩中：堕兰(3)中=—二一(3)瓴=警(4)lll—At—mi．耻寺一i1(5)式中A——换热面积，m2；‰——换热器结垢后的总传热系数，W／(m2·K)；△f⋯、△￡。；。——换热器端部温差的最大值和