换热面固液两相流除垢数值模拟与实验研究 Numerical Simulation and Experimental Study on Defouling Performance of Solid-Liquid Two Phase Flow on Heat Transfer Surface

换热器的工程应用广泛，但换热面结垢问题会造成管道堵塞，能耗增加，为经济有效地解决该问题，将固液两相流除垢技术应用到换热器的防、除垢中。通过数值模拟方法，研究了沙粒对管道壁面的剪切力、壁面磨损及传热系数的提升情况。研究发现，随着流速的增加固体颗粒对壁面的磨损率先降低后增加，沙粒对管道的最大的磨损率出现在90°弯头处且最大磨损率随着沙粒直径的变大增长明显；在未加入沙粒时，正常换热器流速下，管道内壁面所受的切应力平均为16.8 Pa，加入沙粒后壁面剪切应力平均值为158.4 Pa，超过污垢所能承受的100 Pa剪切力，可有效除垢。在相同的速度下，在流速0.6~2 m·s-1，加入颗粒后，其表面传热系数的提升为2.6%到23%。以畅通式污水换热器作为流态化除垢强化换热实验台，对换热器流态化除垢强化换热进行实验研究。实验研究表明，将固液两相流流速提升到0.87 m·s-1时，成功实现了95%的直径为2~3 mm的沙粒在线循环清洗，与理论计算的0.85 m·s-1扬动流速几乎吻合。随着沙粒体积分数的增大，其除垢效果越好；沙粒体积分数为6%时，运行24 h后，传热系数提高了25.6%。当污水流速为扬动流速且沙粒体积分数为4%时，既可减小沙粒对壁面的磨损，又可保证高效除垢效率。