经过表面处理的蒸发器传热及防除垢研究

摘要

在实际沸腾换热过程中,换热面上很容易生成污垢.污垢的存在,会使换热器的传热效能降低,流动阻力增大,能耗和物耗增加,并带来严重的安全隐患.研究表明,污垢的形成和污垢与传热表面之间的附着力有关,而附着力的大小和材料表面的表面能密切相关,表面的表面能越大,附着力就越高.因此降低传热表面的表面能可在一定程度上使附着力减少,从而降低壁面污垢的形成概率.通过表面处理技术对换热表面进行表面处理,可降低传热表面的表面能. 由于采用表面处理技术对传热表面实施表面处理,既由于所处理之表面厚度极薄,不会对换热表面热阻产生不良影响,又可达到降低表面能的效果,故本文作者在对换热表面上污垢形成的机理及目前的研究现状进行综合分析的基础上,采用液相沉积法对传热表面进行处理,对所获得的处理表面的表面能、接触角、薄膜厚度等进行了测量和表征,得到了薄膜厚度和表面能的关系.研究结果表明对加热面进行一定的表面处理,可降低表面的表面能,并且薄膜处理厚度越薄,表面能越低.在本文所用的流动沸腾实验装置中,应用自行开发的数据微机自动测试采集系统,对表面有不同厚度二氧化钛薄膜的加热面的传热和抗垢性能进行了研究. 研究结果表明,在传热实验中,与未处理表面相比,当处理薄膜厚度为1587nm时,加热表面传热系数值是未经过表面处理表面传热系数值的106﹪～114﹪,当薄膜厚度为141nm时,加热表面的传热系数值是未处理表面传热系数值的110﹪～144﹪；在防垢实验中,薄膜厚度为14lnm加热表面的传热系数随时间几乎不发生变化,薄膜厚度为1587nm加热表面的薄膜厚度的传热系数随时间稍稍有所下降,而未经过表面处理的表面的传热系数随着时间的变化迅速下降.经过处理的加热面的传热和防垢效果优于未经过表面处理的表面,并且薄膜越薄的表面的传热和防垢效果越好.这是由于表面经过表面处理,使得加热表面的表面能降低,从而减小了表面的润湿性,污垢与表面的附着力变小,因此传热和防垢效果好.此外,在本文中还考察了操作参数如热通量、主体流速等对传热和防垢的影响.随着热通量的增加、主体流速的增加,传热系数也增加.

目录

文摘

英文文摘

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第一章前言

第二章文献综述与分析

2.1沸腾传热

2.1.1池沸腾传热

2.1.2流动沸腾传热

2.2沸腾期间污垢的形成

2.2.1换热壁面结垢类型

2.2.2换热壁面的结垢过程

2.2.3换热壁面结垢机理

2.3污垢引起的损失

2.4影响结晶垢的因素

2.5污垢的测量

2.5.1污垢热阻法

2.5.2温差法

2.5.3直接称重法

2.5.4厚度测量法

2.5.5压降测量法

2.5.6放射性技术

2.5.7时间推移摄影法

2.6换热设备防、除垢及强化传热研究进展

2.6.1化学方法防除垢

2.6.2机械方法防除垢

2.6.3运用表面处理技术防、除垢

2.6.4运用表面处理技术防除垢及强化传热存在的问题

2.7本文的研究思路

第三章实验装置及测试系统

3.1 实验装置及流程

3.1.1实验装置

3.1.2实验流程

3.1.3实验物系

3.2测量参数

3.3实验数据的采集与计算

3.3.1实验数据的采集

3.3.2实验数据的计算

3.4实验步骤及内容

3.4.1检查与调试

3.4.2实验的主要内容

3.4.3实验步骤

第四章液相沉积TiO2薄膜和表面状况的表征

4.1 TiO2薄膜的制备方法

4.1.1液相沉积法制备纳米TiO2薄膜的简介

4.1.2液相沉积法的原理

4.1.3液相沉积法特点

4.1.4液相沉积法的分类

4.2 TiO2薄膜的制备

4.2.1金属表面预处理

4.2.2薄膜的制备

4.3表面的表征

4.3.1薄膜厚度的测量

4.3.2薄膜厚度测量结果

4.3.3表面形貌的测量

4.3.4接触角测量

4.4.5接触角测量结果

4.4表面能的计算

4.4.1表面能的计算原理

4.4.2各种表面的表面能

4.5二氧化钛薄膜厚度与表面能的关系

4.6小结

第五章实验结果与讨论

5.1影响汽液两相流动沸腾传热系数的因素

5.1.1热通量对汽液两相流动沸腾传热系数的影响

5.1.2主体流速对两相流流动沸腾传热系数的影响

5.1.3压降和传热系数的关系

5.1.4加热管表面状况对传热系数的影响

5.2不同换热面的流动沸腾曲线

5.3不同加热表面状况的管内流动沸腾防垢研究

5.3.1防垢性能实验研究

5.4小结

第六章结论及建议

参考文献

符号表

发表论文和科研情况说明

致谢