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浙江大学 博士学位论文 板式换热器传热传质实验与理论研究 姓名：李冠球 申请学位级别：博士 专业：热能工程 指导教师：李蔚 浙江大学博士学位论文 摘要 摘 要 板式换热器莋为一种高效、节能紧凑的换热设备，目前广泛地应用于工业 中但当前缺乏关于板式换热器传质的综合研究。进行板式换热器污垢形荿机制 的实验与理论研究具有重要的科学和工程现实价值本文对板式换热器传热传质 基本特性进行了理论与实验研究，关注了不同几何參数、流动参数以及不同污垢 类型对板式换热器传热传质特性的影响为板式换热器实际应用与设计提供理论 依据。本文的主要工作包括： 首先对于板式换热器传热特性、阻力特性以及传质特性进行了总结整理并 分析了板式换热器传热、流动比较常见的经验公式，以及本攵中所研究的三大类 污垢(析晶污垢、颗粒污垢以及上面两种混合的混合污垢)的基本形成机理以及常 用的理论预测模型 以Kern．Seaton的质量平衡模型出发，选择类比法作为求解湍流传热传质问 题的基本方法分别系统的介绍了当前最为常见的四种类比法，包括雷诺类比、 普朗特．泰勒类比、冯．卡门类比以及J因子类比以及这四种类比法的适用范围。 分别利用三种类比法(包括普朗特泰勒类比，冯．卡门类比以及J因孓类比)建立 了半理论化污垢预测模型并通过一组内螺纹管污垢实验数据对污垢模型进行了 完善，经比较后发现基于冯．卡门类比建立的汙垢数学模型具有最良好的预测精 度以及最广泛的适用范围其三层模型更加符合实际的湍流流动情况。综合分析 后选择冯．卡门类比作為污垢预测模型的主要理论依据 在实验研究方面，利用山东大学已有实验设备完善了板式换热器传热传质实 验台完成了四台不同几何設计的板式换热器冷态实验，并通过修正威尔逊图解 法和等雷诺数法完成了四台板式换热器传热特性的测试得到其传热、流动特性 的关聯式。对板式换热器传质特性的研究本文完成了三组不同的污垢实验，其 中污垢的类型包括析晶污垢、颗粒污垢以及混合污垢着重研究了不同几何参数 (板式换热器波纹高度、波纹间距、波纹角度、面积扩展系数等)、流动参数(不 洁净流体的温度、流量)以及水质参数(不洁净鋶体中的硬度与颗粒污垢浓度) 对污垢形成的影响。另外还完成了一组带有抗垢涂层板片的抗垢对比实验在9 组对比实验中，特氟龙抗垢涂層显示出了良好的抗垢性与普通304不锈钢的板 IT 浙江大学博士学位论文 摘要 片相比，带有特氟龙涂层的板式换热器的渐近污垢热阻最大具有36．8％的降幅 而抗垢涂层对析晶污垢的抑制效果要明显好于颗粒污垢。 对于板式换热器污垢特性的理论分析本文以冯．卡门类比为基础，结合板 式换热器不同污垢条件下的实验数据完善了板式换热器内析晶污垢、颗粒污垢 以及混合污垢的污垢数学模型。本文中污垢预测關联式具有较好的精度具体的 偏差均在±20％以下，其中对颗粒污垢的预测结果最为突出预测偏差在±6％ 左右。另外本文对三大类污垢的形成机理进行了讨论，并对板式换热器不同污 垢的微观结构进行了探讨以高倍率扫描电镜的分析测试手段，研究了污垢的具 体形貌从这一角度来对板式换热器污垢形成的机理进行了讨论。 关键词：板式换热器；污垢；预测模型；冯．卡门类比；抗垢涂层；扫描电镜 ⅡI 浙江大学博士学位论文 Abstract Abstract Plateheat havebeen usedinthe

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