換熱器結垢原理與抑制技術

前 言
物理量名稱及符號表
第1章 污垢問題及危害········ 1 
1.1 城市污水廢熱回收利用及污垢·········· 1 
1.1.1 廢熱利用的可行性及潛力 ·········· 2 
1.1.2 熱泵回收污水廢熱項目介紹 ·········3 
1.1.3 污水換熱的污垢問題 ············5 
1.2 空調冷卻水強化換熱及污垢··········6 
1.2.1 冷卻水換熱器常用換熱管 ·········6 
1.2.2 冷卻水側的污垢問題 ············13 
1.3 污垢研究的歷史與現(xiàn)狀············14 
1.3.1 污垢研究的歷史 ·············14 
1.3.2 顆粒污垢的研究現(xiàn)狀 ············17 
1.3.3 析晶污垢的研究現(xiàn)狀 ············18 
1.3.4 長期污垢實驗研究現(xiàn)狀 ···········22 
1.3.5 污垢研究的總結 ········23 
第2章 城市污水廢熱利用研究···········25 
2.1 污水源熱泵的研究現(xiàn)狀··········25 
2.1.1 中國的污水源熱泵研究報道 ············25 
2.1.2 國外的污水源熱泵研究報道 ············27 
2.1.3 污水源熱泵在其他特殊領域的應用研究 ·········28 
2.1.4 污水源熱泵的經(jīng)濟效益 ············28 
2.2 污水源熱泵系統(tǒng)的性能預測·········31 
2.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 ·············31 
2.2.2 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡建模 ·········35 
2.2.3 訓練人工神經(jīng)網(wǎng)絡的實驗數(shù)據(jù) ··········36 
2.2.4 污水源熱泵系統(tǒng)的性能預測 ············38 
2.3 污水物性分析··········42 
2.3.1 城市污水的物理成分（組分） ·········42 
2.3.2 污水的流動與傳熱特性 ············45 
2.3.3 污水特性 ·············45 
2.4 污水廢熱回收專用設備··········49 
2.4.1 污水取水裝置 ·············49 
2.4.2 污水換熱器 ··········53 
第3章 污水中污垢特性及除污型換熱器研發(fā) ·············58 
3.1 污水換熱器表面的污垢特性·········58 
3.1.1 實驗介紹 ·············58 
3.1.2 實驗結果 ·············61 
3.1.3 結果分析 ·············67 
3.2 除污型干式殼管式污水蒸發(fā)器············74 
3.2.1 除污型干式污水蒸發(fā)器的提出與實驗研究 ············74 
3.2.2 殼管式與浸泡式污水蒸發(fā)器的實驗對比分析 ·········85 
3.2.3 除污型蒸發(fā)器的實驗和數(shù)值研究 ·············95 
3.3 枕板式換熱器的設計··········· 112 
3.3.1 污水源熱泵系統(tǒng)原理 ············· 112 
3.3.2 枕板式污水換熱器及其系統(tǒng)的性能分析 ············· 114 
3.3.3 枕板式換熱器的數(shù)值分析 ············· 121 
本章小結········· 128 
第4章 以空氣為媒介的抑垢型污水源熱泵系統(tǒng) ·········· 131 
4.1 折流板式污水塔污水源熱泵············· 131 
4.1.1 污水廢熱回收折流板式換熱器的提出 ·········· 131 
4.1.2 高效抑垢型污水源熱泵系統(tǒng)運行特性研究 ·········· 134 
4.1.3 抑垢型污水源熱泵系統(tǒng)的抑垢特性 ·········· 144 
4.1.4 污水換熱塔內部氣流流場數(shù)值模擬 ·········· 155 
4.2 導流板式污水塔污水源熱泵············· 165 
4.2.1 實驗臺搭建 ········ 165 
4.2.2 污水溫度對系統(tǒng)性能的影響 ·········· 167 
4.2.3 氣液體積流量比對系統(tǒng)性能的影響 ·········· 168 
4.2.4 導流板式全熱換熱器與折流板式換熱器的性能對比 ············ 169 
4.2.5 導流板式全熱換熱器的節(jié)能分析 ············ 171 
本章小結········· 174
第5章 空調系統(tǒng)中的污垢特性及在線監(jiān)測與測試技術 ········· 176 
5.1 空調系統(tǒng)的污垢概述··········· 176 
5.2 水側污垢在線監(jiān)測與測試技術·········· 177 
5.2.1 水側污垢（非加速）在線監(jiān)測系統(tǒng)介紹 ············· 177 
5.2.2 在線污垢（加速工況）監(jiān)測平臺 ············· 192 
5.3 水側污垢分析方法········ 201 
5.3.1 數(shù)據(jù)處理的理論基礎 ············· 201 
5.3.2 誤差分析的理論基礎 ············· 202 
5.3.3 基于給定測試管長度的誤差分析 ········· 203 
5.3.4 運行參數(shù)對污垢熱阻誤差的影響 ········· 206 
5.3.5 污垢熱阻計算修正公式 ·········· 210 
5.4 空氣側污垢在線監(jiān)測平臺·········· 220 
5.4.1 系統(tǒng)簡介 ··········· 220 
5.4.2 空氣側污垢分析方法 ············· 222 
5.4.3 空調室外機結霜圖譜分析 ············· 225 
本章小結········· 235 
第6章 空調系統(tǒng)冷卻水中污垢的特性 ·········· 236 
6.1 污垢沉積的影響因素（非加速實驗）········· 236 
6.1.1 測試管結構參數(shù)對污垢生長過程的影響 ············· 237 
6.1.2 水質對污垢生長過程的影響 ········· 242 
6.1.3 流速對污垢生長過程的影響 ········· 246 
6.2 二元混合污垢相互影響機制（加速實驗）············· 250 
6.2.1 污垢生長曲線 ··········· 251 
6.2.2 污垢生長的誘導期 ·········· 254 
6.2.3 污垢熱阻變化規(guī)律的相似性：加速實驗對比長期實驗 ········· 255 
6.3 疏水涂層對污垢沉積的影響············· 258 
6.3.1 涂層強化管的加工 ·········· 258
6.3.2 涂層強化管的特性 ·········· 260 
6.3.3 涂層表面污垢生長過程 ·········· 264 
本章小結········· 267 
第7章 結垢預測及模型構建············ 269 
7.1 污垢模型概述········ 269 
7.1.1 Kern-Seaton 污垢模型 ············ 269 
7.1.2 污垢模型參數(shù)計算 ·········· 270 
7.2 附著概率與黏合強度的測試············· 272 
7.2.1 實際（非加速）污垢測試結果 ············ 272 
7.2.2 加速測試結果 ··········· 274 
7.2.3 二元污垢交互作用 ·········· 277 
7.2.4 抑垢涂料表面特性對污垢沉積的影響 ········ 281 
7.3 附著概率與黏合強度計算關聯(lián)式的建立·········· 285 
7.3.1 附著概率計算關聯(lián)式 ············· 285 
7.3.2 黏合強度計算關聯(lián)式 ············· 287 
7.4 漸近污垢預測模型········ 288 
7.4.1 粒子沉積系數(shù)比 ··········· 289 
7.4.2 壁面剪切應力比 ··········· 290 
7.4.3 漸近污垢熱阻比 ··········· 290 
7.5 三元變量模型········ 291 
7.5.1 現(xiàn)有污垢模型 ··········· 292 
7.5.2 污垢熱阻優(yōu)化模型的建立 ············· 295 
7.5.3 優(yōu)化模型的驗證與對比 ·········· 297 
7.6 多變量污垢預測模型··········· 299 
7.6.1 漸近污垢熱阻比值關聯(lián)式的發(fā)展 ·········· 299 
7.6.2 漸近污垢熱阻關聯(lián)式的發(fā)展 ········ 301 
7.6.3 污垢預測模型的驗證 ············· 303 
7.6.4 多變量污垢預測模型的應用 ········ 305 
本章小結········· 306 
第8章 強化換熱管的流動換熱及結垢特性影響機制 ·········· 307 
8.1 歐拉-拉格朗日法·········· 307
8.1.1 數(shù)學模型 ··········· 307 
8.1.2 控制方程 ··········· 308 
8.1.3 物理模型 ··········· 310 
8.1.4 網(wǎng)格劃分及無關性驗證 ·········· 310 
8.1.5 數(shù)值求解方法 ··········· 312 
8.1.6 邊界條件 ··········· 313 
8.1.7 污垢模型驗證 ··········· 314 
8.2 歐拉-歐拉法·········· 316 
8.2.1 數(shù)學模型 ··········· 316 
8.2.2 控制方程 ··········· 317 
8.2.3 污垢模型 ··········· 318 
8.2.4 物理模型 ··········· 320 
8.2.5 網(wǎng)格劃分及無關性驗證 ·········· 321 
8.2.6 數(shù)值求解方法 ··········· 322 
8.2.7 邊界條件 ··········· 322 
8.2.8 污垢模型驗證 ··········· 323 
8.3 應用模擬技術分析流動換熱與結垢特性·········· 324 
8.3.1 歐拉-拉格朗日法案例分析 ············ 324 
8.3.2 歐拉法案例分析 ··········· 328 
本章小結········· 341 
第9章 空調室外機污垢············ 344 
9.1 空氣側顆粒垢——臟堵 ··········· 344 
9.1.1 空氣側換熱器表面顆粒污垢的形成過程 ············· 344 
9.1.2 空氣側換熱器表面顆粒污垢的分布規(guī)律 ············· 345 
9.1.3 污垢對換熱器性能的影響規(guī)律 ········ 346 
9.2 空氣側析晶垢——霜 ··········· 349 
9.2.1 空氣側換熱器表面霜的形成過程 ············· 350 
9.2.2 空氣側換熱器表面霜層空間分布規(guī)律 ········· 351 
9.2.3 結霜的抑制方式 ··········· 354 
9.3 空氣側混合污垢生長特性·········· 362 
9.3.1 空氣中懸浮顆粒物對結霜過程的干預作用 ·········· 363 
9.3.2 PM2.5 對空氣側換熱表面器結霜過程影響機制 ············ 365 
9.4 既有顆粒污垢工況下的結霜特征············· 370 
9.4.1 既有污垢對結霜特性的影響機制 ············ 371 
9.4.2 霜、垢共存對換熱器造成的聯(lián)合影響 ············· 375 
本章小結········· 377 
參考文獻········· 379