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在换热器换热过程中,换热器的管壁由于长期运行而存在污垢堆积问题,污垢的存在严重影响了换热器的换热效果,增加了能量损耗。液固两相流防、除垢技术近年来在学术界受到了人们的广泛关注,它相对于传统的物理和化学除垢技术而言,同时也有良好的防、除垢和强化传热效果。本文从理论和数值模拟几个方面入手研究了换热器管壁污垢的液固两相流防、除垢问题。 本文根据管式换热器的实际结构,以该换热器内的单根换热管为研究对象,通过FLUENT仿真软件建立离散相除垢模型,对管内污垢进行防、除垢研究,着重研究固体颗粒对污垢层的受力情况,探讨了颗粒的碰撞率和多次碰撞行为。对于液固两相流除垢问题可分两种情况:(1)固体颗粒通过一次碰撞就将污垢从管壁撞击下来并且被流体带着完成除垢过程;(2)固体颗粒需要经过多次碰撞后才能将污垢撞击下来,实现除垢的目的。本文将对污垢进行一次碰撞研究,分析污垢受到的碰撞应力、剪切应力和磨损速率,以此研究污垢的防、除垢效果。 模拟结果表明:固体颗粒的加入,增加了污垢层表面的碰撞频率和碰撞概率,使得污垢层的破坏程度加剧,加快了污垢的脱离,污垢脱离管壁主要体现为固体颗粒对污垢层的碰撞应力作用,并通过液固两相流体对污垢层的剪切应力和磨损速率将其带出管外,从而抑制了污垢的堆积,达到防、除垢的效果。同时,降低颗粒粒径、增加循环流速和颗粒体积分数都可以提高液固两相流的剪切应力、碰撞应力和磨损速率,只是流速的增加能得到更好的效果。通过对污垢的热阻研究分析,当污垢的厚度达到0.2mm~0.3mm时,污垢热阻显著提升。同时,通过污垢的剥除比例模型分析来看,当液固两相流体运行50s~100s后,污垢的厚度减少了80%~90%,热阻也有显著的降低。因此综合污垢的受力分析和热阻的变化情况,当颗粒的最佳入射角度为40°~60°,循环流速为3~4m/s,颗粒粒径为0.2~0.4mm,且颗粒体积分数为5%时,磨损速率达到最大,最大碰撞应力相对偏差最小,防、除垢效果最佳。