內(nèi)置轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管抗污垢性能數(shù)值模擬

張震　閻華　丁玉梅　關(guān)昌峰　楊衛(wèi)民

摘要：采用數(shù)值模擬方法研究光管及內(nèi)置螺旋葉片轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管的抗污垢性能，得到換熱管顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)分布，研究流體流速對(duì)強(qiáng)化管抗污垢性能的影響.結(jié)果表明：與在相同條件下的光管相比，強(qiáng)化管管內(nèi)沉積的污垢明顯減少；由于顆粒自身重力影響，底部沉積的污垢體積分?jǐn)?shù)高于換熱管頂部；隨著流體流速的增加，強(qiáng)化管底部的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)有所減小，頂部的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)有所增大，并且強(qiáng)化管的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)不斷趨近于入口處設(shè)置的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù).

關(guān)鍵詞：螺旋葉片轉(zhuǎn)子； 顆粒； 污垢； 流速； 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)： TK172.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

0 引 言

換熱設(shè)備中的污垢是指流體中的組分或雜質(zhì)在與之相接觸的換熱表面上逐漸沉積附著而積累起來(lái)的一些固態(tài)物質(zhì).[1]在燒堿蒸發(fā)器、制糖、造紙、污水處理和海水淡化等工業(yè)領(lǐng)域的換熱設(shè)備中，換熱壁面存在的結(jié)垢現(xiàn)象較為普遍.換熱面上結(jié)垢不僅惡化換熱設(shè)備的傳熱性能，增大金屬材料的消耗，而且污垢層增厚會(huì)減小流體的流通截面積，增大流體阻力.此外，換熱面上結(jié)垢還會(huì)引起換熱面的局部腐蝕甚至穿孔，嚴(yán)重威脅換熱器的安全運(yùn)行.為此，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開發(fā)多種強(qiáng)化傳熱及自清潔技術(shù)，主要包括螺旋線圈、螺旋彈簧、螺旋紐帶和液輪機(jī)等，如圖1所示的組合轉(zhuǎn)子強(qiáng)化傳熱及自清潔裝置是基于“場(chǎng)協(xié)同”理論[2]以及高分子材料先進(jìn)制造“微積分”思想[3]提出的較新的管程內(nèi)插件技術(shù).在強(qiáng)化傳熱性能研究方面，文獻(xiàn)[4-8]采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比分析組合轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式和轉(zhuǎn)子串間距對(duì)其傳熱及阻力特性的影響；文獻(xiàn)[9]數(shù)值模擬組合轉(zhuǎn)子的葉片傾角對(duì)其強(qiáng)化傳熱性能的影響；文獻(xiàn)[10-14]采用實(shí)驗(yàn)和模擬手段分析組合轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)、轉(zhuǎn)子間距和左右旋向組合方式等對(duì)其強(qiáng)化換熱性能的影響.在抗污垢性能研究方面，趙本華等[15]對(duì)在相同條件下同向轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管、旋向交叉轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管以及光管的污垢沉積情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比，結(jié)果表明旋向交叉轉(zhuǎn)子的自清潔效果最佳，光管中沉積的污垢最多；姜鵬等[16]建立內(nèi)置組合轉(zhuǎn)子圓管內(nèi)CaCO3析晶污垢形成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，得到強(qiáng)化管內(nèi)污垢的沉積率、剝蝕率、凈存速率和污垢熱阻隨時(shí)間的變化.由于在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的污垢形式為顆粒污垢，因此本文采用顆粒污垢形式以及數(shù)值模擬方法分析螺旋葉片轉(zhuǎn)子的抗污垢性能，并與光管進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)研究管程流體的流速對(duì)顆粒污垢沉積的影響.

摘要：采用數(shù)值模擬方法研究光管及內(nèi)置螺旋葉片轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管的抗污垢性能，得到換熱管顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)分布，研究流體流速對(duì)強(qiáng)化管抗污垢性能的影響.結(jié)果表明：與在相同條件下的光管相比，強(qiáng)化管管內(nèi)沉積的污垢明顯減少；由于顆粒自身重力影響，底部沉積的污垢體積分?jǐn)?shù)高于換熱管頂部；隨著流體流速的增加，強(qiáng)化管底部的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)有所減小，頂部的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)有所增大，并且強(qiáng)化管的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)不斷趨近于入口處設(shè)置的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù).

關(guān)鍵詞：螺旋葉片轉(zhuǎn)子； 顆粒； 污垢； 流速； 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)： TK172.4

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換熱設(shè)備中的污垢是指流體中的組分或雜質(zhì)在與之相接觸的換熱表面上逐漸沉積附著而積累起來(lái)的一些固態(tài)物質(zhì).[1]在燒堿蒸發(fā)器、制糖、造紙、污水處理和海水淡化等工業(yè)領(lǐng)域的換熱設(shè)備中，換熱壁面存在的結(jié)垢現(xiàn)象較為普遍.換熱面上結(jié)垢不僅惡化換熱設(shè)備的傳熱性能，增大金屬材料的消耗，而且污垢層增厚會(huì)減小流體的流通截面積，增大流體阻力.此外，換熱面上結(jié)垢還會(huì)引起換熱面的局部腐蝕甚至穿孔，嚴(yán)重威脅換熱器的安全運(yùn)行.為此，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開發(fā)多種強(qiáng)化傳熱及自清潔技術(shù)，主要包括螺旋線圈、螺旋彈簧、螺旋紐帶和液輪機(jī)等，如圖1所示的組合轉(zhuǎn)子強(qiáng)化傳熱及自清潔裝置是基于“場(chǎng)協(xié)同”理論[2]以及高分子材料先進(jìn)制造“微積分”思想[3]提出的較新的管程內(nèi)插件技術(shù).在強(qiáng)化傳熱性能研究方面，文獻(xiàn)[4-8]采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比分析組合轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式和轉(zhuǎn)子串間距對(duì)其傳熱及阻力特性的影響；文獻(xiàn)[9]數(shù)值模擬組合轉(zhuǎn)子的葉片傾角對(duì)其強(qiáng)化傳熱性能的影響；文獻(xiàn)[10-14]采用實(shí)驗(yàn)和模擬手段分析組合轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)、轉(zhuǎn)子間距和左右旋向組合方式等對(duì)其強(qiáng)化換熱性能的影響.在抗污垢性能研究方面，趙本華等[15]對(duì)在相同條件下同向轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管、旋向交叉轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管以及光管的污垢沉積情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比，結(jié)果表明旋向交叉轉(zhuǎn)子的自清潔效果最佳，光管中沉積的污垢最多；姜鵬等[16]建立內(nèi)置組合轉(zhuǎn)子圓管內(nèi)CaCO3析晶污垢形成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，得到強(qiáng)化管內(nèi)污垢的沉積率、剝蝕率、凈存速率和污垢熱阻隨時(shí)間的變化.由于在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的污垢形式為顆粒污垢，因此本文采用顆粒污垢形式以及數(shù)值模擬方法分析螺旋葉片轉(zhuǎn)子的抗污垢性能，并與光管進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)研究管程流體的流速對(duì)顆粒污垢沉積的影響.

摘要：采用數(shù)值模擬方法研究光管及內(nèi)置螺旋葉片轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管的抗污垢性能，得到換熱管顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)分布，研究流體流速對(duì)強(qiáng)化管抗污垢性能的影響.結(jié)果表明：與在相同條件下的光管相比，強(qiáng)化管管內(nèi)沉積的污垢明顯減少；由于顆粒自身重力影響，底部沉積的污垢體積分?jǐn)?shù)高于換熱管頂部；隨著流體流速的增加，強(qiáng)化管底部的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)有所減小，頂部的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)有所增大，并且強(qiáng)化管的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù)不斷趨近于入口處設(shè)置的顆粒污垢體積分?jǐn)?shù).

關(guān)鍵詞：螺旋葉片轉(zhuǎn)子； 顆粒； 污垢； 流速； 數(shù)值模擬

中圖分類號(hào)： TK172.4

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換熱設(shè)備中的污垢是指流體中的組分或雜質(zhì)在與之相接觸的換熱表面上逐漸沉積附著而積累起來(lái)的一些固態(tài)物質(zhì).[1]在燒堿蒸發(fā)器、制糖、造紙、污水處理和海水淡化等工業(yè)領(lǐng)域的換熱設(shè)備中，換熱壁面存在的結(jié)垢現(xiàn)象較為普遍.換熱面上結(jié)垢不僅惡化換熱設(shè)備的傳熱性能，增大金屬材料的消耗，而且污垢層增厚會(huì)減小流體的流通截面積，增大流體阻力.此外，換熱面上結(jié)垢還會(huì)引起換熱面的局部腐蝕甚至穿孔，嚴(yán)重威脅換熱器的安全運(yùn)行.為此，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者開發(fā)多種強(qiáng)化傳熱及自清潔技術(shù)，主要包括螺旋線圈、螺旋彈簧、螺旋紐帶和液輪機(jī)等，如圖1所示的組合轉(zhuǎn)子強(qiáng)化傳熱及自清潔裝置是基于“場(chǎng)協(xié)同”理論[2]以及高分子材料先進(jìn)制造“微積分”思想[3]提出的較新的管程內(nèi)插件技術(shù).在強(qiáng)化傳熱性能研究方面，文獻(xiàn)[4-8]采用實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比分析組合轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式和轉(zhuǎn)子串間距對(duì)其傳熱及阻力特性的影響；文獻(xiàn)[9]數(shù)值模擬組合轉(zhuǎn)子的葉片傾角對(duì)其強(qiáng)化傳熱性能的影響；文獻(xiàn)[10-14]采用實(shí)驗(yàn)和模擬手段分析組合轉(zhuǎn)子的幾何參數(shù)、轉(zhuǎn)子間距和左右旋向組合方式等對(duì)其強(qiáng)化換熱性能的影響.在抗污垢性能研究方面，趙本華等[15]對(duì)在相同條件下同向轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管、旋向交叉轉(zhuǎn)子強(qiáng)化管以及光管的污垢沉積情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究對(duì)比，結(jié)果表明旋向交叉轉(zhuǎn)子的自清潔效果最佳，光管中沉積的污垢最多；姜鵬等[16]建立內(nèi)置組合轉(zhuǎn)子圓管內(nèi)CaCO3析晶污垢形成過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，得到強(qiáng)化管內(nèi)污垢的沉積率、剝蝕率、凈存速率和污垢熱阻隨時(shí)間的變化.由于在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中較為常見的污垢形式為顆粒污垢，因此本文采用顆粒污垢形式以及數(shù)值模擬方法分析螺旋葉片轉(zhuǎn)子的抗污垢性能，并與光管進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)研究管程流體的流速對(duì)顆粒污垢沉積的影響.