翅片管式换热器污垢特性及传热性能的研究.pdf

摘要 摘 要 翅片管式换热器是换热器中的一种，翅片管换热器的传热系数大、构造简单紧凑、 耐热耐温耐腐蚀性能好、空气通过后压降较低、翅片上的尘垢易于清理，由于这些优点 从而使翅片管式换热器普遍应用在暖通空调系统中的蒸发器与冷凝器等。但翅片管式换 热器长时间使用后设备表面会存在污垢问题，污垢的存在会影响翅片管式换热器换热， 增加压降，也会使换热表面产生腐蚀，从而缩短设备的使用寿命，造成巨大的能源浪费 和经济损失。本文针对析湿工况下翅片管式换热器翅片表面冷凝水中常见的黑曲霉菌和 枯草芽孢杆菌所形成的微生物污垢和空气中的粉尘在翅片表面形成的粉尘污垢两者组成 的混合污垢进行研究，并对翅片管式换热器进行计算机仿真模拟，从而为翅片管式换热 器的换热性能以及翅片管式换热器的除垢抑垢提供一定的理论依据。 本文主要研究工作和研究成果如下： （1）实地调研了几家当地工厂，了解翅片管式换热器使用一定年限后翅片上的污 垢情况，并采集污垢试样带回检测污垢中微生物的种类，从中挑选具有代表性的两种微 生物——黑曲霉菌和枯草芽孢杆菌。在无菌环境下制备了黑曲霉菌和枯草芽孢杆菌，为 后续在析湿工况下往翅片管式换热器翅片上冷凝水里接种微生物实验做准备。 （2 ）在水入口流速为0.7m/s 、水入口温度为7℃、空气入口风速为0.9m/s 、空气入 3 口温度为25℃、粉尘浓度为2g/m 、空气含湿量为80%的工况条件下，对开窗翅片管换 热器表面污垢沉积过程及生成不同污垢厚度所需要的时间进行记录，计算得出不同污垢 厚度时的污垢热阻，得出翅片上污垢厚度为0.5mm 时的换热热阻大约是翅片上无污垢 时换热热阻的2.35 倍，此时换热器的换热效率已经降低了很多，污垢热阻值也为后来的 翅片管式换热器数值模拟提供数值依据。实验中发现污垢厚度为0.2mm 时翅片管换热器 的制冷量比无污垢时的制冷量大，分析得出原因是污垢颗粒增加了翅片表面气流的扰 动，增加了换热。 （3 ）在不同的水入口流速、不同的空气入口风速及不同的空气入口温度情况下分 别实验，记录生成不同污垢厚度所需要的时间，看外部条件对微生物污垢特性的影响。 3 得出在粉尘浓度为2g/m 、空气含湿量为80%的工况条件下，水入口流速为0.7m/s 、水 入口温度为7℃、空气入口风速为0.9m/s 、空气入口温度为25℃时，翅片管式换热器翅 片上生成污垢的速度最慢。 （4）对翅片管式换热器进行数值模拟分析，然后和实验结果进行比较和分析得出 0.2mm 厚污垢时空气侧进出口温差比无污垢时增加了3.52% 。 （5 ）数值模拟结合实验的方法研究了不同厚度污垢时翅片管式换热器出风温度随 时间的变化关系；翅片管换热器表面污垢不同厚度时与制冷量的关系；载冷介质水的入 -I- 哈尔滨商业大学硕士学位论文 口温度为 7℃的条件下，不同的水入口流速条件下对翅片管换热器的制冷量的影响；不 同的空气入口风速条件下对翅片管换热器的制冷量的影响；不同的外部条件下翅片管换 热器换热过程中管内的载冷介质水的温度分布规律。 关键词 翅片管式换热器；污垢；换热性能；污垢热阻；微生物 -II - Abstract Abstract The finned tube heat exchanger is one kind of the heat exchangers. The finned tube heat exchanger has the advantages of large heat transfer coefficient, strong heat shock resistance, compact structure, easy to clean grime, good temperature