换热面固液两相流除垢数值模拟与试验研究-高校化学工程学报.pdfVIP

第31 卷第4 期 高 校 化 学 工 程 学 报 No.4 Vol.31 2017 年 8 月 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities Aug. 2017 文章编号：1003-9015(2017)04-0818-09 换热面固液两相流除垢数值模拟与实验研究 陈 霄, 杨启容, 吴荣华, 王 勇 (青岛大学 机电工程学院, 山东 青岛 266071) 摘 要：换热器的工程应用广泛，但换热面结垢问题会造成管道堵塞，能耗增加，为经济有效地解决该问题，将固液 两相流除垢技术应用到换热器的防、除垢中。通过数值模拟方法，研究了沙粒对管道壁面的剪切力、壁面磨损及传热 系数的提升情况。研究发现，随着流速的增加固体颗粒对壁面的磨损率先降低后增加，沙粒对管道的最大的磨损率出 现在 90°弯头处且最大磨损率随着沙粒直径的变大增长明显；在未加入沙粒时，正常换热器流速下，管道内壁面所受 的切应力平均为16.8 Pa，加入沙粒后壁面剪切应力平均值为158.4 Pa，超过污垢所能承受的100 Pa 剪切力，可有效除 垢。在相同的速度下，在流速0.6~2 ms1，加入颗粒后，其表面传热系数的提升为2.6% 到23% 。以畅通式污水换热 器作为流态化除垢强化换热实验台，对换热器流态化除垢强化换热进行实验研究。实验研究表明，将固液两相流流速 提升到0.87 ms1 时，成功实现了95% 的直径为2~3 mm 的沙粒在线循环清洗，与理论计算的0.85 ms1 扬动流速几乎 吻合。随着沙粒体积分数的增大，其除垢效果越好；沙粒体积分数为6% 时，运行24 h 后，传热系数提高了25.6% 。 当污水流速为扬动流速且沙粒体积分数为4% 时，既可减小沙粒对壁面的磨损，又可保证高效除垢效率。 关键词：污水换热器；流态化除垢；强化换热；磨损 中图分类号：TK 09 文献标识码：A DOI ：10.3969/j.issn.1003-9015.2017.04.009 Numerical Simulation and Experimental Study on Defouling Performance of Solid-Liquid Two Phase Flow on Heat Transfer Surface CHEN Xiao, YANG Qi-rong, WU Rong-hua, WANG Yong (School of Electromechanic Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, China) Abstract: Heat exchangers are extensively used but fouling problems may cause heat transfer tube clogging and energy consumption increase. Therefore, a solid-liquid two phase flow defouling technique was applied to prevent and remove fouling on heat exchanger wall. Effects of sand particles on shea