螺旋管换热器超声波防腐阻垢技术研究

摘要

目前，螺旋管换热器由于其换热效率高，结构紧凑而被广泛应用，但该种换热器在酸性环境中耐蚀性较差且一般运行周期较长，工程应用中壳体内换热管一般选用螺旋缠绕光管，流体内杂质容易沉积，会影响设备换热。因此，本文针对这类换热器的防腐、阻垢问题进行了技术研究，通过在换热器或换热管表面（管材多为316L不锈钢）进行超声辅助化学镀Ni-P合金，提高了材料的性能；同时特有的螺旋管芯设计及超声阻垢装置的双重作用，可以实现换热器的在线自清洁。本文的主要内容包括：
　　通过正交实验选出超声辅助化学镀Ni-P合金实验的最优配方。通过扫描电镜、能谱分析等手段对不锈钢基体、常规镀层及超声镀层的表面形貌及成分进行了表征；通过测试镀层在盐酸中的电化学行为，分析了镀层的耐蚀性能。结果表明：加超声镀层较常规化学镀硬度高，表面均匀性、平整度更好且耐蚀性能明显提高。
　　通过MATLAB模拟研究了重要元件换能器在不同频率和半径下的声场指向性及声强。模拟显示：在频率为28kHz，换能器半径为45mm时，能同时兼顾声场指向性和声强，达到最佳阻垢效果，为后续换能器的选型提供了理论依据。
　　对超声波阻垢螺旋管换热器进行了结构设计，包括换热器及超声阻垢装置两部分。其中主要是超声阻垢装置安装方式的设计，包括外置式和内置式两种。外置式结构简单，但存在超声衰减；内置式充分利用了换热器芯筒内的空间，解决了超声的衰减问题，阻垢效果更好。利用超声染色法在阻垢装置样机上进行了声场验证实验，结果表明：换热器壳程内有较强的超声波声场存在，该声场可以起到增强流体的扰动和清除污垢的效果。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 螺旋管换热器概述

1.3 超声化学镀技术研究现状

1.4 超声阻垢技术研究现状

1.5 本文研究内容

2 超声化学镀工艺及性能研究

2.1 超声化学镀镍磷实验研究

2.2 超声化学镀镀层性能分析

2.3 本章小结

3 超声波换能器声场模拟

3.1 超声波声场理论分析

3.2 声场指向性模拟

3.3 声强模拟

3.4 本章小结

4 超声波阻垢螺旋管换热器结构设计

4.1 换热器结构

4.2 超声阻垢装置选型及安装

4.3 本章小结

5 阻垢装置声场实验研究

5.1 换热器内声场染色实验

5.2 阻垢装置声场对颜料扩散的影响

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表成果

附录A不同超声波半径下的声场指向性

附录B不同超声波频率下的声场指向性

附录C不同超声波频率下不同角度处的声场指向性

附录D不同换能器半径下不同角度处的声强

附录E不同超声波频率下不同角度处的声强

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