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换热器结垢已经成为普遍现象,结垢不仅增大流动阻力,而且严重削弱传热效率。射流冲击作为最高效的对流换热方式,已经广泛应用于工业冷却过程和电子设备冷却领域。虽然射流冲击强化传热技术应用广泛,但是由于污垢机理的复杂性以及人们认识的不足,目前仍缺少有关射流冲击过程污垢影响的研究报道。本文基于已有工作积累,开展水射流冲击的传热和结垢特性实验研究。主要内容如下:
搭建了水射流冲击传热实验台,并验证其基本的传热特性,与文献经验公式对比,得到较好的符合,说明本文实验台及方法的可靠性。实验结果表明:提高射流的流量能够显著增强换热效果。当冷水侧入口温度升高时,传热系数有所下降。
在此基础上,制作了三种不同材质的换热面(铜、镀镍铜、铝),用于考察射流冲击传热过程中材质特性对传热及结垢性能的影响。实验结果表明:随着水质硬度的提高,铜片、镀镍铜片及铝片表面的结垢速率都加快,诱导期减小,其污垢热阻渐进值的差值越来越大。当水质硬度为500和700mg/L浓度时,铝片的诱导期最长(相对铜片、镀镍铜片而言),污垢热阻渐进值最小,但是当硬度300 mg/L时铝片的污垢热阻渐进值却最大。由于射流冲击的方向垂直于换热表面,不同于一般换热器内流体的平行流动,经比较后发现射流冲击下结垢诱导期较短,而渐进污垢热阻值远小于平行流动的污垢热阻值,射流冲击表现出一定的阻垢作用。