管壁材质对碳酸钙垢生长的影响及其机理研究

本文以CaCO_3的结晶污垢为研究对象,考察CaCO_3污垢在不同的壁面材质上结垢速率及其对传热特性的影响;观察壁面结晶污垢的形貌特征及其变化规律.实验结果表明:在循环工质为层流(Re=1381)的情况下,铝合金管材表面会生成一层由氧化铝构成的氧化膜,这导致铝合金管材表面结垢速率加快,并且结垢周期远远小于不锈钢管材上的结垢周期.而不锈钢管壁上没有氧化层出现,结垢前后其换热面的物理性质没有发生改变,管壁上所形成的晶体尺寸较大,晶型大多为生长完全的六面体方解石结构,但由于污垢沉积速率很慢,结垢周期较长,其晶体表面受到工质流体的剪切应力的影响和自身老化情况也较为严重.     

表面粗糙度对析晶污垢附着的影响

研究了沸腾条件下竖直放置的304不锈钢试样表面粗糙度对结垢诱导期CaCO_3析晶污垢生长的影响。结果表明,粗糙度居中的试样污垢增重最快,而抛光处理的试样对抗垢能力的改善没有大的提高。扫描电镜表明,污垢在试样表面吸附并没有显示出对沟槽的优先吸附,而是呈现出随机吸附的效果。粗糙度对污垢的附着有一定影响,但这种差别不能本质上改善材料的抗垢能力。污垢的附着和材料的抗蚀性密切相关,改善材料的抗蚀性将有助于改善抗垢性。     

高超临界雷诺数区间内二维圆柱绕流的实测研究

实测强风工况下高度167 m的徐州彭城电厂冷却塔的表面风荷载,并归纳历史上其他研究人员给出的实测结果,以丰富高超临界雷诺数(Re)区间二维圆柱绕流的试验成果.在低湍流度均匀流场和高湍流度大气边界层流场中分别开展4种风速8类粗糙度条件下的冷却塔刚性模型测压风洞试验,通过对比低雷诺数(Re=2.1×10~5—4.19×10~5)条件下的风洞试验结果和高雷诺数(Re=5.4×10~7—1×10~8)条件下的现场实测结果研究各种静动态绕流特征随雷诺数的变化规律,重点考察雷诺数无关现象的产生条件.研究结果表明,对于物表相对粗糙度在0.01以上的圆柱绕流,雷诺数不相关现象存在于很宽的雷诺数范围(2×10~5Re1×10~8)内;增大来流湍流度亦能引起的雷诺数无关现象,但此时该现象可能仅存在于一个较窄的低雷诺数范围内.     

光管内CaCO_3结垢对管内传热影响的阶段及机理

本实验对不锈钢管内CaCO_3污垢的沉积过程进行了分段研究。测得传热系数后,获得了污垢热阻,并用电镜扫描(SEM)获得了污垢分布随时间的变化.实验结果表明:在不锈钢管内CaCO_3污垢沉积的初始阶段,传热系数增大而非减小,出现负污垢热阻,说明CaCO_3污垢初始阶段的沉积有利于传热,经过一段时间的沉积后才会出现正污垢热阻。电镜扫描(SEM)结果表明,污垢沉积的初始阶段,污垢结晶以星状点分布于管内壁,随着沉积时间的增长星状点变得密实,这种不完全覆盖使得流体在流经污垢时产生扰流,增强了传热效果。随着时间推移,结晶污垢的覆盖面积逐渐增大,污垢热阻逐渐增加,传热系数减小。     

不同雷诺数条件下粗糙度对高亚声速压气机叶型边界层调控机制研究

粗糙度(R_a)对压气机叶型性能的影响与雷诺数(Re)密切相关。以某一高亚声速压气机叶型为研究对象,在Re=1.2×106和Re=1.5×105条件下,采用数值模拟方法研究了不同R_a大小对边界层分离、转捩及叶型损失的调控机制。研究表明,Re=1.2×106时,较小粗糙度(R_a ≤13μm)不会对叶型性能有明显影响,当R_a超过某个临界值(R_a=26 μm),叶型性能随粗糙度增加不断恶化。当Re降低至1.5×10~5时,叶型损失随着R_a增加大幅降低,R_a=157 μm时叶型损失最大降低16.4%,之后叶型损失才有所增加。合适大小的粗糙度能够有效抑制分离泡位移效应对叶型性能的不利影响,而粗糙度过大会导致强烈湍流耗散作用恶化叶型性能。针对该高亚声速压气机叶型,提出了最佳粗糙度参数随Re变化的经验关系式。     

外螺旋槽管污垢特性的实验研究

本文采用污垢热阻动态监测方法,考察了冷水硬度、温度、流速及几何参数对外螺旋槽管污垢特性的影响,结果表明:螺旋槽管参数对污垢热阻有显著影响,螺距最小的螺旋槽管具有最小的污垢热阻,当螺距增大时,污垢热阻的增长未出现单调变化;温度的升高导致污垢热阻的增大,并且随温度的升高,结垢速率增大,污垢诱导期趋于消失;随着流速的增大,螺...     

管外包覆多孔介质强化换热的数值研究

本文对管外包覆多孔介质的无限长圆管绕流的流场和温度场进行数值模拟,研究了多孔介质层的无量纲厚度ep,达西数D_a以及雷诺数Re对流动和强制对流换热特性的影响。研究结果表明,管外包覆多孔介质后的强制对流换热效果明显强于光管条件下的效果,换热增强了2.8~5.4倍;壁面平均努塞尔数Nu随e_p和Re的增大而增大,随Da的增大而减小;管壁处的流动阻力系数C_D随ep的增大而增大,随D_a的减小,先增大后减小,当Da小于1×10~(-5)时,阻力系数保持不变。     

垂直U形管内气液两相流诱导振动模拟

采用ADINA数值方法研究了垂直U形管内气液两相流诱导振动的位移响应和脉动激振力特性,然后考察了雷诺数Re和体积含气率β对激振力的影响规律。结果表明:气液两相内流诱导振动以面内振动为主,表现为两相流诱发激振力的主频与管结构某阶固有频率相近时的共振现象;激振力的脉动特性表现为低β时的窄频带随机波动和高β时的周期性波动;固定β时,激振力的均方根值F~(RMS)随Re的增大而增大,增大速率逐渐增加;同一Re下,F~(RMS)先随β的增大而增加,在β=55%左右时达到最大,之后逐渐降低,最大值出现在泡状流向搅拌流的转变过渡区。     

油基钻屑螺纹推进式换热器流动传热特性

对油基钻屑在螺纹推进式换热器内的流动换热过程进行了数值模拟,研究了螺杆转速、油基钻屑雷诺数Re和螺纹截面形状对流动换热的影响.结果表明:随着螺杆转速增加,传热系数、油基钻屑出口温度均增大;同时发现,当雷诺数Re＜250时,壳侧Nusselt数随雷诺数Re增大而迅速增大,此后雷诺数对Nusselt数影响较小;Nussel...     

缩放管污垢性能的实验研究

在流速0.34 m/s,管外水浴温度60℃和相同管内工质入口温度的条件下,分别在实验室进行了缩放管及其对应光管管内污垢的对比实验。实验的污垢种类是浓度为1000 mg/L的MgO颗粒污垢、硬度800 mg/L的人工硬水作为工质的CaCO3析晶污垢和MgO颗粒与CaCO3析晶混合污垢。结果表明,缩放管具有较好的阻垢性能,但诱导期小于对应光管的诱导期。     

微生物污垢对典型换热器传热影响研究

本文以电厂循环冷却塔塔底黏泥中分离纯化出的致垢微生物铁细菌为实验介质,利用污垢热阻动态模拟实验台,在恒定工况下(水温30℃,流速0.4 m·s-1),动态模拟了光管、缩放管、横纹管三种不锈钢典型换热器微生物污垢形成过程。在分析比较三种典型换热器传热性能的基础上,实验测试了三种换热器的污垢热阻,并对垢样成分进行了分析。结果表明:强化管(缩放管和横纹管)传热性能和抑垢能力优于光管,光管、缩放管和横纹管的污垢诱导期分别为;25 h、40 h和45 h,污垢热阻值为:6×10~(-4)m~2·K·W~(-1)、2×10~(-4)m~2·K·W~(-1)和3×10~(-4)m~2·K·W~(-1),由此表明三种换热管的传热和抑垢能力:缩放管横纹管光管。在铁细菌形成的污垢垢样成分分析中Fe元素含量最多,其次是C,表明循环冷却水中铁含量的多少是污垢形成的重要因素之一。     

运动流体强化传热的实现条件

从流体力学的基本方程和基本定态解出发,通过Boussinesqu假定及线性稳定性分析方法导出广义的奥尔-索末菲方程,使用有限差分方法对方程进行数值求解,得到低雷诺数下库特流失稳、实现Benard对流强化传热的临界瑞利数Rac。计算结果表明:库特流Benard失稳所需的临界瑞利数Rac随雷诺数Re的增大而减小,并且存在参考雷诺数Rer,当Re大于Rer时,Rac随Re变化很慢,此时,增大Re不能明显降低Rac,流体的传热量也不会随Re的增大而增加。     

高温下板翅式回热器翅片性能的试验研究

本文针对微型燃气轮机的板翅式回热器进行高温试验研究。采用等雷诺数法对回热器在600℃高温下进行了传热与阻力性能试验。通过测量冷热两侧的工质流量、进出口温度及进出口压力,得到各工况下回热度、压损及雷诺数(Re)等热力参数。得到该型式翅片表面的强迫对流换热准则关联式,并拟合了传热因子j、阻力因子f和性能综合评价指标PEC与Re的准则关联式,研究发现换热系数随Re的增大而增大,j因子受Re的影响较小,f因子受工质压力的影响较为明显,拟合关联式时应考虑这种影响。同时发现,随着Re的增大,冷热两侧性能综合评价指标均增大。     

碳酸钙于换热表面结垢影响因素的模拟分析

模拟了主要因素作用下的结垢过程,得到渐进型污垢热阻随时间变化曲线.随着流速的减小,换热表面温度、溶液温度、硬度、碱度、pH值的增大,结垢速率增大,渐进污垢热阻增大.并从污垢形成机理角度分析了各因素对结垢过程的影响.     

微细管碳纳米管悬浮液强制对流换热实验研究

测量了水平微细圆管内蒸馏水和不同质量浓度的水基多壁碳纳米管纳米流体在低雷诺数下的强制对流换热特性。实验结果表明,与蒸馏水相比,纳米流体的对流换热系数显著提高,且随质量浓度和管内雷诺数的增大而增大;并且研究了流体管内流动阻力特性,得到的泊肃叶数f·Re值随着雷诺数的变化不明显,但纳米流体的f·Re值要明显小于纯水。     

析晶与颗粒混合污垢的实验研究

在实验室实验研究了CaCO3和Al2O3或MgO混合污垢特性,考察了颗粒浓度、工质流速和水浴温度的影响。结果表明:混合污垢热阻值比纯粹的析晶污垢的污垢热阻值大,流速增大,其污垢热阻渐近值减小,颗粒浓度增大,混合污垢渐近值增大,但当浓度达到某一值后再增加时,混合污垢渐近值基本维持常数,水浴温度在实验范围内变化对结垢影响不大。     

金属泡沫填充管换热性能的实验研究

本文通过搭建流动与换热实验平台,对10 PPI,30 PPI,70 PPI三种不同孔密度的不锈钢金属泡沫填充管的换热性能进行了实验研究,分析了管内入口雷诺数、入口温度以及孔密度对管外壁Nu数的影响。研究结果表明,金属泡沫填充管的换热强度较光管条件下提高,且30 PPI和70 PPI的换热强度都大于10 PPI填充管的换热强度;在本文的研究工况下,金属泡沫填充管的管外壁Ⅳu数随管内雷诺数的增大变化不明显,随管内入口温度的增加而增大;三种金属泡沫填充管的换热综合评价因子都大于1,且基本不随雷诺数的变化而变化。     

湍流混合层流场的PIV测量

本文使用PIV对在坚直通道内放置一个特殊设计的隔板所形成的湍流混合层流动进行测量,高低侧速比为4:1,基于两股流体速度差和管道水力半径的Re数范围4400～158400.发现混合层中大涡拟序结构的尺度随雷诺数的增加而增大,而后又随雷诺数的继续增大而减小,气泡的加入会延缓或阻碍大涡拟序结构的发展.对雷诺应力、湍流强度、涡量、旋涡强度在混合层流场内随雷诺数的变化和分布规律进行分析,发现混合层内雷诺应力、湍流强度、涡量及旋涡强度均集中分布在隔板下游一个较窄的锥形区域内,雷诺应力和湍流强度随雷诺数的增大先增人后减小,随离开隔板距离的增大而减小.涡量及旋涡强度随雷诺数的增大而增加,随离开隔板距离的增大而减小.     

速比对混合层湍流参数影响的实验研究

本文使用PIV术对低高速侧速比为0.25、0.33和0.5时竖直通道内的混合层流动进行实验研究,基于速度差和通道水力直径的雷诺数范围15840～132000.研究发现混合层内湍流参数的分布不仅和雷诺数有关,还和速比有关.混合层内同一横截面上平均雷诺应力的最大值随雷诺数的增大而增大,而在同一横截面上相同雷诺数时雷诺应力的最大值则随速比的增大而减小.在同一横截面上平均涡量随雷诺数的增大而增大,雷诺数相同时平均涡量的最大值随速比的增大而增大.无量纲平均涡量的最大值随混合层的发展按指数规律衰减,速比越大衰减速度越快.     

波纹管内流动特性的实验研究

随着超导技术的发展,高温超导电缆在电力输运中逐渐得到重视并进行了广泛的研究.由于波纹管具有良好的柔韧性和收缩性,在高温超导电缆中得到应用.波纹管内的流动压力损失参数是高温超导电缆低温系统重要的设计参数,因而研究波纹管内的流动特性具有重要的意义.对通径为6 mm,8 mm和10 mm的波纹管内液氮和氮气的流动特性进行了实验研究.液氮实验结果表明:液氮在波纹管内的流动具有波动性.在4000～40000的雷诺数范围内,测量了氮气的质量流量和压力损失,计算得到流动摩擦系数.分析表明:压力损失随雷诺数的增大而增大;波纹管的摩擦系数要高于光管,摩擦系数随雷诺数的增大而减小,摩擦系数随t/d的减小而减小.