海水板式换热器微生物污垢特性及传热强化的研究

杨帅

中国海洋大学

摘要：

微生物污垢是换热设备中普遍存在的现象,海洋生物附着及低速海流等因素直接影响海水板式换热器换热效果,使设备热阻增大,效率降低。本文利用海水中对换热设备污垢附着占主要作用的硫酸盐还原菌做为实验菌种,研究了海水板式换热器微生物污垢特性,实验探究了机械方式除垢与边界层重构相耦合的强化传热的一种新方法。本文的工作概况起来有以下几方面:　　首先,为研究海水板式换热器的污垢特性,通过富集培养并分离出硫酸盐还原菌(SRB),使其附着海水板式换热器设备,并利用扫描电镜及热阻试验台,实验研究了附着污垢层的形成、生长及其换热特性。实验结果表明,微生物污垢的组成不是单一的,在形成过程中是多种因素共同作用的结果。污垢层的形成在不同时期其形貌和特征不同,SRB附着板式换热器时存在诱导期。能谱分析显示其组成的元素主要为C,H,O,Ca,是由各种有机物和悬浮颗粒组成。　　其次,根据板式换热器的原理,为后续加入除垢装置做准备,实验采用自行设计的板式换热器实验装置,并对低流速海流环境下换热器的污垢热阻特性进行对比实验,还运用实验装置测定微生物污垢的热导率,对比分析换热板面附着污垢后的热导率的变化。研究结果表明污垢热阻符合渐进污垢增长模型,1m/s以内的低流速下污垢热阻随流速增大而增大。微生物污垢的热导率与晶体污垢类似,都是在10-2一个数量级上。　　最后,本文在原有实验系统的基础上,利用机械除垢方式,实现除垢以及边界层重构以强化传热,实验研究了毛刷与针状体刷壁装置的除垢效果以及最佳重构周期。实验结果表明,针状刷壁装置除垢效果较好,可以实现除垢以及传热强化,最佳重构周期为T=2s。

关键词：换热器;微生物污垢特性;传热强化;重构周期

授予单位：中国海洋大学

授予学位：硕士

学科专业：工程热物理

导师姓名：张庆力

学位年度：2014

语种：中文

分类号：TK172;P743.4

页数：65

在线出版日期：2015-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）