传热学第十一章传热过程和换热器.pptx

第十一章 复合传热和换热器四、水垢对传热的影响水垢在日常生活中随处可见，也给人们生活带来了不小的麻烦。 沸滚的开水表面经常会浮着一层水垢，使开水带“渣”；水壶底部结满水垢，会影响烧水效率；长时间使用的输水管壁如果不适时更换，管道可能会被水垢堵塞，影响生产和生活。 以法国为例，58个核电站约上百个冷却塔，每年成垢量超过7000吨。为了保证冷却塔正常运转，每天，每个核电站要使用10至20吨硫酸中和水质、阻止水垢形成，因此法国每年用于硫酸的总花费高达13亿欧元。 从科学的角度看，水垢形成的原理并不复杂，无非是水中的碳氢根与钙离子相结合而成。只要不是纯化水或淡化的海水，肯定存在成垢问题。一个多世纪以来，科学界研究了许多阻止水垢形成的方法，如磁化法、电磁法、微电极法以及添加液体抑制剂法等。但是，这些方法不是经济性较差，就是受到有关水质安全标准的限制。因此，想找到抑制成垢的最佳方法，就只有从了解成垢的机理入手。 一位美国科学家说过，“成垢研究与其说是科学，不如说是艺术，因为它太精细了”。也许正是因为法国人具有特殊的艺术天分，因此，才会在法国出现了一位水垢抑制研究的“先锋”人物—法国国家科研中心的研究员让·雷地翁。　20多年前，雷地翁率领一个研究小组，开始关注并展开对水垢形成的研究。他们建立了一种新型的、反映水垢实际形成过程的评价方法—控制快速成垢法，从液体（水）与固体（管壁材料）的作用特点、水的组成和热动力状态的关系以及管壁材料的特性等多个方面研究成垢的机理。 　整个实验过程采用的方法和手段非常简单，但是需要有进行艺术创作的创新和耐心：先对处理过的水和未经处理的自然水加温，摇晃，然后让其分别流过水管，再根据不同的水流经水管后成垢的时间不同，对水管成垢现象进行分析、比较，寻找成垢的化学机理。近两年他们已经取得了重大的发现。实验室合成了一种有效、无毒的固体缓释成垢抑制剂，它在水中的最大溶解度仅为1-3ppm，且能够自动控制其溶解度。此外，他们还找到一种极为普通、几乎不成垢的金属，用它做成水管或者将其镀在普通水管壁上，成垢的可能性极小。 在水管壁面上结垢的速率与水的温度、与水流速度、水质等有关。 一般来说，水的温度越高越容易结垢，水流速度越低越容易结垢、水质越差越容易结垢。 在水管壁面上结垢，对于传热来说增加了热阻，影响了传热，因此工程在计算传热时要加上污垢热阻。 不同的传热介质产生的污垢不同，除水垢外，还有油垢、烟垢等等。 污垢热阻是通过实验测得的，可以通过查表获得。由上表可见，总的来说，污垢热阻随流速增大而减小，随温度升高而增大。 对污垢带来的影响的处理，工业上采用的实用方法是；一方面在设计时予以考虑，另一方面定期清洗。工业上一般用稀释的硫酸液浸泡去水垢，定期冲洗去烟垢。工程设计对污垢的考虑一般有二种方法：（1）将污垢热阻加到总热阻里进行计算， 即工业锅炉管束水室结构图（2）采用换热面的清洁系数或富裕面积的百分数来考虑结垢的影响。 先按干净的换热面计算出传热系数，再对这一传热系数打一个折扣，折扣值一般为80％～90％，称为清洁系数。或者，按清洁表面的传热系数值计算出所需的传热面积，然后再增加一定百分数的富裕面积，一般增加20％～25％。 11-3、利用平均温差进行换热器热计算 对于动力类专业的学生，工程上常遇到的换热器主要有：水-水热交换器、水-空散热器、油-水热交换器、油-空散热器、水-空中冷器、空-空中冷换器等。水-水热交换器：就是把热水里的热量传递给冷水，实现热水冷却散热。一般在海水里、江河中作业的机械设备都采用水-水热交换器，如：轮船、石油作业平台、水陆两栖坦克等。水-空散热器：就是把热水里的热量直接传递给冷空气，实现热水冷却散热。 如：发动机水散热器、发动机-发电机组水散热等。油-水热交换器：就是把热油里的热量传递给冷水，实现热油冷却散热。 如：发动机机油与冷却液换热、高温锅炉导热油与水换热等。油-空散热器：就是把热油里的热量直接传递给空气散热，实现热油冷却散热。 如：车辆传动机油直接向空气散热等。水-空中冷器：就是把发动机高温增压空气的热量传递给冷却水，实现降低发动机进气温度。空-空中冷器：就是把发动机高温增压空气的热量传递给冷却空气，实现降低发动机进气温度。对于校核计算，通常给定 和两个进口温度 ，待求的是 。一、换热器热计算公式 利用对数平均温差进行换热器热计算的方法称为平均温差法。这种方法普遍用于换热器的设计计算，亦可用于换热器的校核计算。由换热器的传热过程可以写出如下三个方程：在三个方程中共有八个变量，即