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换热器是工业生产中广泛使用的设备之一,污垢是换热器换热表面上不断积聚的固态物质,通常为热的不良导体。污垢的存在导致换热设备的传热热阻增大,传热性能下降,介质流动阻力增大,从而造成了巨大的经济损失。目前,污垢热阻的测量多采用运行参数测量配合传热理论间接获取,涉及间接参数繁多,引入多种误差,测量精度难以保证。本文从污垢基础模型出发,开展理论与实验研究,对于污垢热阻的准确测量、确定合理的除垢、抑垢策略,提高换热效率和系统经济性具有重要的理论和实际意义。本文以Kern-Seaton污垢模型为基础,根据管道内壁污垢组分及特性沿管道径向和垢层厚度方向均匀分布的假设,从污垢净增长速率出发,推导出污垢厚度与污垢热阻的关系,确定了污垢热阻检测的两个关键参数——污垢层厚度和污垢导热系数,由公式推导得到了污垢热阻模型。污垢层厚度检测采用超声时域反射法,导热系数检测采用瞬变平面热源法。针对实际测量中出现的回波信号噪声大、垢层回波难以识别问题,提出中心能量比作为噪声信号识别参量,设计CEEMD-小波熵阈值降噪法处理回波噪声信号;以典型碳酸钙污垢为实验研究对象,选取常用的管径100mm,壁厚4mm不锈钢管道为模拟换热管道进行污垢层厚度检测。将本方法与小波硬阈值、小波软阈值和舍弃噪声分量的方法进行对比分析,案例测试结果表明:本文所采用的CEEMD-小波熵阈值法在垢层回波噪声处理效果上优势明显,根据输入噪声强度的不同,信噪比较带噪信号平均提高8.3dB、均方差平均提高0.3。随后设计了多组厚度不同、等间距多点垢层厚度检测实验并验证了检测精度;对换热管道内壁垢层取样进行污垢导热系数检测并进行了可信度分析。最后通过计算管道内等距多点的污垢热阻,得到了被测管段平均污垢热阻。实验结果表明:采用超声时域反射法对厚度在0-1mm内的垢层检测误差在14%以内,对厚度在1-2mm内的垢层检测误差在12%以内,对厚度在2-3mm内的垢层检测误差在8%以内;瞬变平面热源法对污垢导热系数检测的均方根误差在10-4数量级,检测结果可信度较高。本文提出的污垢热阻检测方法能够实现对污垢热阻的快速检测,极大的降低了污垢热阻的检测复杂度,检测精度高、可重复性好。在保证系统安全运行的原则上,为减少换热设备冗余换热面积设计及制定合理的污垢清洗周期等提供了可靠的数据参考,为最大程度提高换热系统运行效率和经济性提供了理论依据。