列管式降膜蒸发器加热管内钢丝螺旋防垢技术研究

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管式降膜蒸发器作为一种高效换热设备被广泛应用。然而其加热管内壁污垢问题一直未得到有效解决。在综合分析降膜流动特性及现有针对管式降膜蒸发器污垢防治方法的基础上,提出降膜钢丝螺旋防垢技术。通过钢丝螺旋的运动以及液膜流场的共同作用实现防垢的效果。
　　通过对结晶以及边界层理论的分析,得到了管式降膜蒸发器加热管内钢丝螺旋防垢技术防垢机理:(1)固液界面速度边界层及温度边界层的改变延缓污垢形成;(2)边界层内的机械扰动及时除去细小结晶。
　　应用FLUENT对一端固定钢丝螺旋的降膜管内流场进行数值模拟分析表明:管内设置钢丝螺旋后,液膜厚度呈周期性变化。虽然受钢丝螺旋阻力影响,液膜出口轴向速度比空管平均减小15％,但由于产生了径向及切向速度,并且液膜湍流强度提高,对于防垢具有重要意义。降膜管内插入钢丝螺旋后强化了液膜的对流传热,与空管相比,总传热系数平均提高32%。
　　以清水为工质建立冷模试验平台,从利于防垢角度确定了螺旋布膜器及钢丝螺旋尺寸参数:采用单个螺距螺旋流道、15°螺旋角的螺旋布膜器布膜效果较好,且阻力仅使管口以上液面升高50mm;螺距在18~22mm,与管壁间隙在0~2.25mm,丝径为1.5mm的钢丝螺旋最利于液膜流动。同时发现,液膜的名义流速及钢丝螺旋的弹性系数作为影响钢丝螺旋轴向振动的重要因素,在设计钢丝螺旋时需重点考虑。
　　通过对降膜管内钢丝螺旋防垢技术进行传热试验研究发现:插入钢丝螺旋的降膜管具有防垢效果;初始结垢速率与防垢速率保持平衡时的临界△csur随名义流速提高而增大;随着名义流速增加,轴向振动将作为防垢的主要因素,在防垢能力所占的比重越来越大;管内名义流速在0.32~0.4m/s之间,无旋转钢丝螺旋与旋钢丝转螺旋防垢能力差距在9%以内,可用无旋转钢丝螺旋代替旋转钢丝螺旋实现防垢。当名义流速在0.32m/s以下,虽然无旋转钢丝螺旋防垢能力不如旋转钢丝螺旋,但由于减少了磨损,其仍有较好的应用价值。

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作者
魏彪;
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作者单位

湘潭大学;

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授予单位湘潭大学;
学科化工过程机械
授予学位硕士
导师姓名俞天兰;
年度 2012
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类热交换及其设备;
关键词
列管式降膜蒸发器; 加热管; 钢丝螺旋防垢技术; 优化设计;

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