涡流发生器对CaCO3污垢特性影响的实验研究.pdf

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1、第3O卷第4期东北电力大学学报Vo1．30，No．42010年8月JournalOfNortheastDianliUniversityAug．，2010文章编号：1005—2992(2010)04一OOO7—04涡流发生器对CaCO3污垢特性影响的实验研究张仲彬，李兴灿，高英伦，张玉峰2(1．东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012；2．山东龙源集团，山东烟台264000)摘要：本文对直排浮点型涡流发生器的CaCO，污垢特性进行了实验研究，通过称重法(计算试片单位面积的污垢沉积量)对不锈钢平板和几种不同浮点尺寸、间距的涡流发生器的污垢特性进行分析比较。结果表明：直

2、排浮点型涡流发生器试片的污垢量到渐近值的时间比平板短，污垢增长速度较平板慢。直排浮点型涡流发生器当浮点直径5mm、列间距15mm的试片污垢量渐近值最小，污垢生长期也较长，抗垢性好。关键词：涡流发生器；CaCO3污垢；称重法中图分类号：TK124文献标识码：A随着社会的高速发展，节能和环保已成为我们当今世界发展的两大主题，污垢作为在换热设备中普遍存在的现象，一直是亟待解决的问题。早在二十世纪三十年代，由于换热器设计的需要，Sieder⋯提出了污垢系数(即污垢热阻)的概念。随着我们对污垢认识的深入，了解到影响污垢生成的因素有很多【2J，包括能量、动量和质量传递，它通常以混合物的形

3、态存在J，而且造成经济损失特别巨大J。经过专家多年的研究，认知到换热表面的表面特性是影响污垢形成的特别重要的因素。强化传热方式可分为主动式和被动式J。涡流发生器就是一种被动式强化换热组件，由于工业用途的不同，各种各样的涡流发生器被广泛的应用，涡流发生器的几何形状、布置方式、浮点设计以及角度等都会对换热和流动产生一定的影响，相关研究有很多I9J。而在使用过程中，却是不得不面对污垢问题。强化传热组件虽然传热特性得到提高，但是污垢特性仍然没有深入的实验研究。因此，很有必要对涡流发生器强化换热组件的污垢特性进行研究讨论。本文对直排浮点型涡流发生器的CaCO污垢特性进行了实验研究，通过

4、不同浮点尺寸、间距的涡流发生器，对其污垢特性进行分析比对，为涡流发生器的设计提供参考依据。l实验系统实验装置如图I所示。实验装置主要包括温控器，流量调节阀，循环水泵，实验段及上下水箱。恒温工质由循环水泵打入上水箱，流经下水管路和实验段后回到下水箱，上水箱中多余工质经过溢流板流回下水箱，如此往复。下水箱中装有搅拌器，保证溶液温度均匀。实验工质采用人工配置的1000mg／L的CaCO，过饱和溶液，工质流速为0．4m／s，工质温度维持在5O℃，在流经实验段时，溶液中CaCO在试片上析出形成污垢，试片每隔10h测量一次，通过测量试片质量差来计算单位面积的污垢沉积量，从而对它们的结垢特

5、性进行研究。收稿日期：2010—07—20基金项目：东北电力大学博士启动基金项目(BSJXM一200916)。作者简介：张仲彬(1973一)，男，东北电力大学能源与动力工程学院博士，研究生导师，主要从事换热设备的污垢及其结垢诱导期的研究．8东北电力大学学报第3O卷实验所需试片的大小及浮点分布由冲压模具加工完成，在厚度0．5mm的紫铜板上按一定规律分布的浮点制成试片，其结构如图2所示。2实验结果与分析考虑到浮点尺寸、间距是影响试片表面污垢形成的重要因素，因此对这两个因素分别设置了3个不同参数进行正交，共进行了9组实验，对所得到的数据进行了对比分析。2．1试片表面结垢状态分析1．

6、上水箱；2．溢流板；3．底部下水管；4．试片；5．实验段；6。试片架；7．流量对每种试片选取图像比较清晰的照片，从宏观调节阀；8_温控器；9·电源；l0·热电阻；11·下水箱；l2·搅拌器；l3珈热璧孽挚莩辱坌。．3，为H·循环水·上台种直排浮点型试片与光板的结垢状态对比照片。实⋯一验过程中溶液的流动方向对于图中所示的试片为从左至右。就单个的浮点来看，在每个浮点的前侧和顶端污垢量较少，而在浮点的后侧以及浮点前方边缘的小部分范围内，积聚了一定量的污垢。其原因是当流体冲刷过试片表面的浮点时，由于浮点的阻图2浮点型直排实验试片示意图碍，造成浮点前侧与顶端沉积的污垢所受到的冲刷作用增

7、强，剪切力增大，提高了污垢剥蚀率；同时遭到浮点阻碍的流体在经过浮点后侧时流速有所降低，污垢的沉积作用增强，导致浮点后侧的污垢量较大；而浮点前方的小部分范围垢层较厚的原因可能是此处流体流速减慢，甚至产生漩涡，为污垢的沉积提供了有利条件。从污垢在试片表面的分布来看，光板上的污垢分布较均匀，且垢层较厚；浮点型试片表面污垢分布极不均匀，不同区域的垢层厚度不同。平板直排：浮点直径4mm；列间距15ram直排：浮点直径4mm；列问距20mm直排：浮点直径5mm；列间距15ram直排：浮点直径6ram；列间距15mm