換熱器結(jié)垢原理與抑制技術(shù)

前 言
物理量名稱及符號(hào)表
第1章 污垢問(wèn)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(xiàng)目介紹 ·········3 
1.1.3 污水換熱的污垢問(wèn)題 ············5 
1.2 空調(diào)冷卻水強(qiáng)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(cè)的污垢問(wèn)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(zhǎng)期污垢實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀 ···········22 
1.3.5 污垢研究的總結(jié) ········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(guó)的污水源熱泵研究報(bào)道 ············25 
2.1.2 國(guó)外的污水源熱泵研究報(bào)道 ············27 
2.1.3 污水源熱泵在其他特殊領(lǐng)域的應(yīng)用研究 ·········28 
2.1.4 污水源熱泵的經(jīng)濟(jì)效益 ············28 
2.2 污水源熱泵系統(tǒng)的性能預(yù)測(cè)·········31 
2.2.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) ·············31 
2.2.2 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建模 ·········35 
2.2.3 訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ··········36 
2.2.4 污水源熱泵系統(tǒng)的性能預(yù)測(cè) ············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(dòng)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(shè)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(shí)驗(yàn)介紹 ·············58 
3.1.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 ·············61 
3.1.3 結(jié)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(shí)驗(yàn)研究 ············74 
3.2.2 殼管式與浸泡式污水蒸發(fā)器的實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析 ·········85 
3.2.3 除污型蒸發(fā)器的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究 ·············95 
3.3 枕板式換熱器的設(shè)計(jì)··········· 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(jié)········· 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(yùn)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(nèi)部氣流流場(chǎng)數(shù)值模擬 ·········· 155 
4.2 導(dǎo)流板式污水塔污水源熱泵············· 165 
4.2.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)搭建 ········ 165 
4.2.2 污水溫度對(duì)系統(tǒng)性能的影響 ·········· 167 
4.2.3 氣液體積流量比對(duì)系統(tǒng)性能的影響 ·········· 168 
4.2.4 導(dǎo)流板式全熱換熱器與折流板式換熱器的性能對(duì)比 ············ 169 
4.2.5 導(dǎo)流板式全熱換熱器的節(jié)能分析 ············ 171 
本章小結(jié)········· 174
第5章 空調(diào)系統(tǒng)中的污垢特性及在線監(jiān)測(cè)與測(cè)試技術(shù) ········· 176 
5.1 空調(diào)系統(tǒng)的污垢概述··········· 176 
5.2 水側(cè)污垢在線監(jiān)測(cè)與測(cè)試技術(shù)·········· 177 
5.2.1 水側(cè)污垢（非加速）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)介紹 ············· 177 
5.2.2 在線污垢（加速工況）監(jiān)測(cè)平臺(tái) ············· 192 
5.3 水側(cè)污垢分析方法········ 201 
5.3.1 數(shù)據(jù)處理的理論基礎(chǔ) ············· 201 
5.3.2 誤差分析的理論基礎(chǔ) ············· 202 
5.3.3 基于給定測(cè)試管長(zhǎng)度的誤差分析 ········· 203 
5.3.4 運(yùn)行參數(shù)對(duì)污垢熱阻誤差的影響 ········· 206 
5.3.5 污垢熱阻計(jì)算修正公式 ·········· 210 
5.4 空氣側(cè)污垢在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)·········· 220 
5.4.1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 ··········· 220 
5.4.2 空氣側(cè)污垢分析方法 ············· 222 
5.4.3 空調(diào)室外機(jī)結(jié)霜圖譜分析 ············· 225 
本章小結(jié)········· 235 
第6章 空調(diào)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(shí)驗(yàn)）········· 236 
6.1.1 測(cè)試管結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)污垢生長(zhǎng)過(guò)程的影響 ············· 237 
6.1.2 水質(zhì)對(duì)污垢生長(zhǎng)過(guò)程的影響 ········· 242 
6.1.3 流速對(duì)污垢生長(zhǎng)過(guò)程的影響 ········· 246 
6.2 二元混合污垢相互影響機(jī)制（加速實(shí)驗(yàn)）············· 250 
6.2.1 污垢生長(zhǎng)曲線 ··········· 251 
6.2.2 污垢生長(zhǎng)的誘導(dǎo)期 ·········· 254 
6.2.3 污垢熱阻變化規(guī)律的相似性：加速實(shí)驗(yàn)對(duì)比長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn) ········· 255 
6.3 疏水涂層對(duì)污垢沉積的影響············· 258 
6.3.1 涂層強(qiáng)化管的加工 ·········· 258
6.3.2 涂層強(qiáng)化管的特性 ·········· 260 
6.3.3 涂層表面污垢生長(zhǎng)過(guò)程 ·········· 264 
本章小結(jié)········· 267 
第7章 結(jié)垢預(yù)測(cè)及模型構(gòu)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(jì)算 ·········· 270 
7.2 附著概率與黏合強(qiáng)度的測(cè)試············· 272 
7.2.1 實(shí)際（非加速）污垢測(cè)試結(jié)果 ············ 272 
7.2.2 加速測(cè)試結(jié)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(duì)污垢沉積的影響 ········ 281 
7.3 附著概率與黏合強(qiáng)度計(jì)算關(guān)聯(lián)式的建立·········· 285 
7.3.1 附著概率計(jì)算關(guān)聯(lián)式 ············· 285 
7.3.2 黏合強(qiáng)度計(jì)算關(guān)聯(lián)式 ············· 287 
7.4 漸近污垢預(yù)測(cè)模型········ 288 
7.4.1 粒子沉積系數(shù)比 ··········· 289 
7.4.2 壁面剪切應(yīng)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(yàn)證與對(duì)比 ·········· 297 
7.6 多變量污垢預(yù)測(cè)模型··········· 299 
7.6.1 漸近污垢熱阻比值關(guān)聯(lián)式的發(fā)展 ·········· 299 
7.6.2 漸近污垢熱阻關(guān)聯(lián)式的發(fā)展 ········ 301 
7.6.3 污垢預(yù)測(cè)模型的驗(yàn)證 ············· 303 
7.6.4 多變量污垢預(yù)測(cè)模型的應(yīng)用 ········ 305 
本章小結(jié)········· 306 
第8章 強(qiáng)化換熱管的流動(dòng)換熱及結(jié)垢特性影響機(jī)制 ·········· 307 
8.1 歐拉-拉格朗日法·········· 307
8.1.1 數(shù)學(xué)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(wú)關(guān)性驗(yàn)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(yàn)證 ··········· 314 
8.2 歐拉-歐拉法·········· 316 
8.2.1 數(shù)學(xué)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(wú)關(guān)性驗(yàn)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(yàn)證 ··········· 323 
8.3 應(yīng)用模擬技術(shù)分析流動(dòng)換熱與結(jié)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(jié)········· 341 
第9章 空調(diào)室外機(jī)污垢············ 344 
9.1 空氣側(cè)顆粒垢——臟堵 ··········· 344 
9.1.1 空氣側(cè)換熱器表面顆粒污垢的形成過(guò)程 ············· 344 
9.1.2 空氣側(cè)換熱器表面顆粒污垢的分布規(guī)律 ············· 345 
9.1.3 污垢對(duì)換熱器性能的影響規(guī)律 ········ 346 
9.2 空氣側(cè)析晶垢——霜 ··········· 349 
9.2.1 空氣側(cè)換熱器表面霜的形成過(guò)程 ············· 350 
9.2.2 空氣側(cè)換熱器表面霜層空間分布規(guī)律 ········· 351 
9.2.3 結(jié)霜的抑制方式 ··········· 354 
9.3 空氣側(cè)混合污垢生長(zhǎng)特性·········· 362 
9.3.1 空氣中懸浮顆粒物對(duì)結(jié)霜過(guò)程的干預(yù)作用 ·········· 363 
9.3.2 PM2.5 對(duì)空氣側(cè)換熱表面器結(jié)霜過(guò)程影響機(jī)制 ············ 365 
9.4 既有顆粒污垢工況下的結(jié)霜特征············· 370 
9.4.1 既有污垢對(duì)結(jié)霜特性的影響機(jī)制 ············ 371 
9.4.2 霜、垢共存對(duì)換熱器造成的聯(lián)合影響 ············· 375 
本章小結(jié)········· 377 
參考文獻(xiàn)········· 379