板式換熱器傳熱傳質實驗與理論研究.pdf

1、板式換熱器作為一種高效、節(jié)能，緊湊的換熱設備，目前廣泛地應用于工業(yè)中，但當前缺乏關于板式換熱器傳質的綜合研究。進行板式換熱器污垢形成機制的實驗與理論研究具有重要的科學和工程現實價值。本文對板式換熱器傳熱傳質基本特性進行了理論與實驗研究，關注了不同幾何參數、流動參數以及不同污垢類型對板式換熱器傳熱傳質特性的影響，為板式換熱器實際應用與設計提供理論依據。本文的主要工作包括：
　　首先對于板式換熱器傳熱特性、阻力特性以及傳質特性進行了總

2、結，整理并分析了板式換熱器傳熱、流動比較常見的經驗公式，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)的基本形成機理以及常用的理論預測模型。
　　以Kern-Seaton的質量平衡模型出發(fā)，選擇類比法作為求解湍流傳熱傳質問題的基本方法，分別系統(tǒng)的介紹了當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測模型，并通過一組內螺紋管污垢實驗數據對污垢模型進行了完善，經比較后發(fā)現基于馮-卡門類比建立的污垢數學模型具有最良好的預測精度以及最廣泛的適用范圍，其三層模型更加符合實際的湍流流動情況。綜合分析后選擇馮-卡門類比作為污垢預測模型的主要理論依據。
　　在實驗研究方面，利用山東大學已有實驗設備完善了板式換熱器傳熱傳質實驗臺，完成了四臺不同幾何設計的板式換熱器冷態(tài)實驗，并通過修正威爾遜

4、圖解法和等雷諾數法完成了四臺板式換熱器傳熱特性的測試，得到其傳熱、流動特性的關聯式。對板式換熱器傳質特性的研究，本文完成了三組不同的污垢實驗，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(板式換熱器波紋高度、波紋間距、波紋角度、面積擴展系數等)、流動參數(不潔凈流體的溫度、流量)以及水質參數(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驗，在9組對比實驗中，

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，結合板式換熱器不同污垢條件下的實驗數據，完善了板式換熱器內析晶污垢、顆粒污垢以及混合污垢的污垢數學模型。本文中污垢預測關聯式具有較好的精度，具體的偏差均在±20％以下，其中對顆粒污垢的預