板式換熱器傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)與理論研究.pdf

1、板式換熱器作為一種高效、節(jié)能，緊湊的換熱設(shè)備，目前廣泛地應(yīng)用于工業(yè)中，但當(dāng)前缺乏關(guān)于板式換熱器傳質(zhì)的綜合研究。進(jìn)行板式換熱器污垢形成機(jī)制的實(shí)驗(yàn)與理論研究具有重要的科學(xué)和工程現(xiàn)實(shí)價(jià)值。本文對板式換熱器傳熱傳質(zhì)基本特性進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究，關(guān)注了不同幾何參數(shù)、流動參數(shù)以及不同污垢類型對板式換熱器傳熱傳質(zhì)特性的影響，為板式換熱器實(shí)際應(yīng)用與設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本文的主要工作包括：
　　首先對于板式換熱器傳熱特性、阻力特性以及傳質(zhì)特性進(jìn)行了總

2、結(jié)，整理并分析了板式換熱器傳熱、流動比較常見的經(jīng)驗(yàn)公式，以及本文中所研究的三大類污垢(析晶污垢、顆粒污垢以及上面兩種混合的混合污垢)的基本形成機(jī)理以及常用的理論預(yù)測模型。
　　以Kern-Seaton的質(zhì)量平衡模型出發(fā)，選擇類比法作為求解湍流傳熱傳質(zhì)問題的基本方法，分別系統(tǒng)的介紹了當(dāng)前最為常見的四種類比法，包括雷諾類比、普朗特-泰勒類比、馮-卡門類比以及j因子類比，以及這四種類比法的適用范圍。分別利用三種類比法(包括普朗特-泰勒類

3、比、馮-卡門類比以及j因子類比)建立了半理論化污垢預(yù)測模型，并通過一組內(nèi)螺紋管污垢實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對污垢模型進(jìn)行了完善，經(jīng)比較后發(fā)現(xiàn)基于馮-卡門類比建立的污垢數(shù)學(xué)模型具有最良好的預(yù)測精度以及最廣泛的適用范圍，其三層模型更加符合實(shí)際的湍流流動情況。綜合分析后選擇馮-卡門類比作為污垢預(yù)測模型的主要理論依據(jù)。
　　在實(shí)驗(yàn)研究方面，利用山東大學(xué)已有實(shí)驗(yàn)設(shè)備完善了板式換熱器傳熱傳質(zhì)實(shí)驗(yàn)臺，完成了四臺不同幾何設(shè)計(jì)的板式換熱器冷態(tài)實(shí)驗(yàn)，并通過修正威爾遜

4、圖解法和等雷諾數(shù)法完成了四臺板式換熱器傳熱特性的測試，得到其傳熱、流動特性的關(guān)聯(lián)式。對板式換熱器傳質(zhì)特性的研究，本文完成了三組不同的污垢實(shí)驗(yàn)，其中污垢的類型包括析晶污垢、顆粒污垢以及混合污垢。著重研究了不同幾何參數(shù)(板式換熱器波紋高度、波紋間距、波紋角度、面積擴(kuò)展系數(shù)等)、流動參數(shù)(不潔凈流體的溫度、流量)以及水質(zhì)參數(shù)(不潔凈流體中的硬度與顆粒污垢濃度)對污垢形成的影響。另外還完成了一組帶有抗垢涂層板片的抗垢對比實(shí)驗(yàn)，在9組對比實(shí)驗(yàn)中，

5、特氟龍抗垢涂層顯示出了良好的抗垢性，與普通304不銹鋼的板片相比，帶有特氟龍涂層的板式換熱器的漸近污垢熱阻最大具有36.8％的降幅，而抗垢涂層對析晶污垢的抑制效果要明顯好于顆粒污垢。
　　對于板式換熱器污垢特性的理論分析，本文以馮-卡門類比為基礎(chǔ)，結(jié)合板式換熱器不同污垢條件下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完善了板式換熱器內(nèi)析晶污垢、顆粒污垢以及混合污垢的污垢數(shù)學(xué)模型。本文中污垢預(yù)測關(guān)聯(lián)式具有較好的精度，具體的偏差均在±20％以下，其中對顆粒污垢的預(yù)