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換熱器結垢原理與抑制技術 版權信息
- ISBN：9787111728092
- 條形碼：9787111728092 ; 978-7-111-72809-2
- 裝幀：平裝-膠訂
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
換熱器結垢原理與抑制技術 本書特色
換熱器是能量交換的重要部件，在諸多行業中發揮著關鍵作用，涉及建筑、交通、市政、化工等30多個領域，并相互交織形成一系列產業鏈條。全球工業化和技術進步推動了換熱器市場的發展。同時，在“碳中和”的大背景下，為了降低化石能源消耗，減輕環境污染，開發和利用可再生能源已成為必然趨勢。本書的研究工作在這方面做出了有益的探索。
換熱器結垢原理與抑制技術 內容簡介
換熱器在運行過程中普遍面臨著一個問題——換熱表面結垢，嚴重影響了設備的換熱效率、安全性能和使用壽命。本書針對換熱器表面污垢的生長機理、污垢熱阻預測模型以及污垢抑制技術，進行了全面系統的介紹。基于對污垢生長特性的認識，探索了抑垢和除垢方法，提出了具有除污和抑垢功能的換熱器。同時聚焦廣泛應用于熱泵空調系統的強化換熱管，揭示了其在長期運行過程中混合污垢的生長機理，建立了多參數污垢預測模型，用于指導換熱器設計與開發，提出了抑制污垢生長的相關策略。本書可供土木工程（暖通空調）、動力工程及工程熱物理相關領域的學者及工業界技術人員使用，也可作為高等院校相關專業學生的教材或參考書。
換熱器結垢原理與抑制技術 目錄
前 言
物理量名稱及符號表
第1章 污垢問題及危害········ 1
1.1 城市污水廢熱回收利用及污垢·········· 1
1.1.1 廢熱利用的可行性及潛力 ·········· 2
1.1.2 熱泵回收污水廢熱項目介紹 ·········3
1.1.3 污水換熱的污垢問題 ············5
1.2 空調冷卻水強化換熱及污垢··········6
1.2.1 冷卻水換熱器常用換熱管 ·········6
1.2.2 冷卻水側的污垢問題 ············13
1.3 污垢研究的歷史與現狀············14
1.3.1 污垢研究的歷史 ·············14
1.3.2 顆粒污垢的研究現狀 ············17
1.3.3 析晶污垢的研究現狀 ············18
1.3.4 長期污垢實驗研究現狀 ···········22
1.3.5 污垢研究的總結 ········23
第2章 城市污水廢熱利用研究···········25
2.1 污水源熱泵的研究現狀··········25
2.1.1 中國的污水源熱泵研究報道 ············25
2.1.2 國外的污水源熱泵研究報道 ············27
2.1.3 污水源熱泵在其他特殊領域的應用研究 ·········28
2.1.4 污水源熱泵的經濟效益 ············28
2.2 污水源熱泵系統的性能預測·········31
2.2.1 人工神經網絡 ·············31
2.2.2 人工神經元網絡建模 ·········35
2.2.3 訓練人工神經網絡的實驗數據 ··········36
2.2.4 污水源熱泵系統的性能預測 ············38
2.3 污水物性分析··········42
2.3.1 城市污水的物理成分（組分） ·········42
2.3.2 污水的流動與傳熱特性 ············45
2.3.3 污水特性 ·············45
2.4 污水廢熱回收專用設備··········49
2.4.1 污水取水裝置 ·············49
2.4.2 污水換熱器 ··········53
第3章 污水中污垢特性及除污型換熱器研發 ·············58
3.1 污水換熱器表面的污垢特性·········58
3.1.1 實驗介紹 ·············58
3.1.2 實驗結果 ·············61
3.1.3 結果分析 ·············67
3.2 除污型干式殼管式污水蒸發器············74
3.2.1 除污型干式污水蒸發器的提出與實驗研究 ············74
3.2.2 殼管式與浸泡式污水蒸發器的實驗對比分析 ·········85
3.2.3 除污型蒸發器的實驗和數值研究 ·············95
3.3 枕板式換熱器的設計··········· 112
3.3.1 污水源熱泵系統原理 ············· 112
3.3.2 枕板式污水換熱器及其系統的性能分析 ············· 114
3.3.3 枕板式換熱器的數值分析 ············· 121
本章小結········· 128
第4章 以空氣為媒介的抑垢型污水源熱泵系統 ·········· 131
4.1 折流板式污水塔污水源熱泵············· 131
4.1.1 污水廢熱回收折流板式換熱器的提出 ·········· 131
4.1.2 高效抑垢型污水源熱泵系統運行特性研究 ·········· 134
4.1.3 抑垢型污水源熱泵系統的抑垢特性 ·········· 144
4.1.4 污水換熱塔內部氣流流場數值模擬 ·········· 155
4.2 導流板式污水塔污水源熱泵············· 165
4.2.1 實驗臺搭建 ········ 165
4.2.2 污水溫度對系統性能的影響 ·········· 167
4.2.3 氣液體積流量比對系統性能的影響 ·········· 168
4.2.4 導流板式全熱換熱器與折流板式換熱器的性能對比 ············ 169
4.2.5 導流板式全熱換熱器的節能分析 ············ 171
本章小結········· 174
第5章 空調系統中的污垢特性及在線監測與測試技術 ········· 176
5.1 空調系統的污垢概述··········· 176
5.2 水側污垢在線監測與測試技術·········· 177
5.2.1 水側污垢（非加速）在線監測系統介紹 ············· 177
5.2.2 在線污垢（加速工況）監測平臺 ············· 192
5.3 水側污垢分析方法········ 201
5.3.1 數據處理的理論基礎 ············· 201
5.3.2 誤差分析的理論基礎 ············· 202
5.3.3 基于給定測試管長度的誤差分析 ········· 203
5.3.4 運行參數對污垢熱阻誤差的影響 ········· 206
5.3.5 污垢熱阻計算修正公式 ·········· 210
5.4 空氣側污垢在線監測平臺·········· 220
5.4.1 系統簡介 ··········· 220
5.4.2 空氣側污垢分析方法 ············· 222
5.4.3 空調室外機結霜圖譜分析 ············· 225
本章小結········· 235
第6章 空調系統冷卻水中污垢的特性 ·········· 236
6.1 污垢沉積的影響因素（非加速實驗）········· 236
6.1.1 測試管結構參數對污垢生長過程的影響 ············· 237
6.1.2 水質對污垢生長過程的影響 ········· 242
6.1.3 流速對污垢生長過程的影響 ········· 246
6.2 二元混合污垢相互影響機制（加速實驗）············· 250
6.2.1 污垢生長曲線 ··········· 251
6.2.2 污垢生長的誘導期 ·········· 254
6.2.3 污垢熱阻變化規律的相似性：加速實驗對比長期實驗 ········· 255
6.3 疏水涂層對污垢沉積的影響············· 258
6.3.1 涂層強化管的加工 ·········· 258
6.3.2 涂層強化管的特性 ·········· 260
6.3.3 涂層表面污垢生長過程 ·········· 264
本章小結········· 267
第7章 結垢預測及模型構建············ 269
7.1 污垢模型概述········ 269
7.1.1 Kern-Seaton 污垢模型 ············ 269
7.1.2 污垢模型參數計算 ·········· 270
7.2 附著概率與黏合強度的測試············· 272
7.2.1 實際（非加速）污垢測試結果 ············ 272
7.2.2 加速測試結果 ··········· 274
7.2.3 二元污垢交互作用 ·········· 277
7.2.4 抑垢涂料表面特性對污垢沉積的影響 ········ 281
7.3 附著概率與黏合強度計算關聯式的建立·········· 285
7.3.1 附著概率計算關聯式 ············· 285
7.3.2 黏合強度計算關聯式 ············· 287
7.4 漸近污垢預測模型········ 288
7.4.1 粒子沉積系數比 ··········· 289
7.4.2 壁面剪切應力比 ··········· 290
7.4.3 漸近污垢熱阻比 ··········· 290
7.5 三元變量模型········ 291
7.5.1 現有污垢模型 ··········· 292
7.5.2 污垢熱阻優化模型的建立 ············· 295
7.5.3 優化模型的驗證與對比 ·········· 297
7.6 多變量污垢預測模型··········· 299
7.6.1 漸近污垢熱阻比值關聯式的發展 ·········· 299
7.6.2 漸近污垢熱阻關聯式的發展 ········ 301
7.6.3 污垢預測模型的驗證 ············· 303
7.6.4 多變量污垢預測模型的應用 ········ 305
本章小結········· 306
第8章 強化換熱管的流動換熱及結垢特性影響機制 ·········· 307
8.1 歐拉-拉格朗日法·········· 307
8.1.1 數學模型 ··········· 307
8.1.2 控制方程 ··········· 308
8.1.3 物理模型 ··········· 310
8.1.4 網格劃分及無關性驗證 ·········· 310
8.1.5 數值求解方法 ··········· 312
8.1.6 邊界條件 ··········· 313
8.1.7 污垢模型驗證 ··········· 314
8.2 歐拉-歐拉法·········· 316
8.2.1 數學模型 ··········· 316
8.2.2 控制方程 ··········· 317
8.2.3 污垢模型 ··········· 318
8.2.4 物理模型 ··········· 320
8.2.5 網格劃分及無關性驗證 ·········· 321
8.2.6 數值求解方法 ··········· 322
8.2.7 邊界條件 ··········· 322
8.2.8 污垢模型驗證 ··········· 323
8.3 應用模擬技術分析流動換熱與結垢特性·········· 324
8.3.1 歐拉-拉格朗日法案例分析 ············ 324
8.3.2 歐拉法案例分析 ··········· 328
本章小結········· 341
第9章 空調室外機污垢············ 344
9.1 空氣側顆粒垢——臟堵 ··········· 344
9.1.1 空氣側換熱器表面顆粒污垢的形成過程 ············· 344
9.1.2 空氣側換熱器表面顆粒污垢的分布規律 ············· 345
9.1.3 污垢對換熱器性能的影響規律 ········ 346
9.2 空氣側析晶垢——霜 ··········· 349
9.2.1 空氣側換熱器表面霜的形成過程 ············· 350
9.2.2 空氣側換熱器表面霜層空間分布規律 ········· 351
9.2.3 結霜的抑制方式 ··········· 354
9.3 空氣側混合污垢生長特性·········· 362
9.3.1 空氣中懸浮顆粒物對結霜過程的干預作用 ·········· 363
9.3.2 PM2.5 對空氣側換熱表面器結霜過程影響機制 ············ 365
9.4 既有顆粒污垢工況下的結霜特征············· 370
9.4.1 既有污垢對結霜特性的影響機制 ············ 371
9.4.2 霜、垢共存對換熱器造成的聯合影響 ············· 375
本章小結········· 377
參考文獻········· 379
物理量名稱及符號表
第1章 污垢問題及危害········ 1
1.1 城市污水廢熱回收利用及污垢·········· 1
1.1.1 廢熱利用的可行性及潛力 ·········· 2
1.1.2 熱泵回收污水廢熱項目介紹 ·········3
1.1.3 污水換熱的污垢問題 ············5
1.2 空調冷卻水強化換熱及污垢··········6
1.2.1 冷卻水換熱器常用換熱管 ·········6
1.2.2 冷卻水側的污垢問題 ············13
1.3 污垢研究的歷史與現狀············14
1.3.1 污垢研究的歷史 ·············14
1.3.2 顆粒污垢的研究現狀 ············17
1.3.3 析晶污垢的研究現狀 ············18
1.3.4 長期污垢實驗研究現狀 ···········22
1.3.5 污垢研究的總結 ········23
第2章 城市污水廢熱利用研究···········25
2.1 污水源熱泵的研究現狀··········25
2.1.1 中國的污水源熱泵研究報道 ············25
2.1.2 國外的污水源熱泵研究報道 ············27
2.1.3 污水源熱泵在其他特殊領域的應用研究 ·········28
2.1.4 污水源熱泵的經濟效益 ············28
2.2 污水源熱泵系統的性能預測·········31
2.2.1 人工神經網絡 ·············31
2.2.2 人工神經元網絡建模 ·········35
2.2.3 訓練人工神經網絡的實驗數據 ··········36
2.2.4 污水源熱泵系統的性能預測 ············38
2.3 污水物性分析··········42
2.3.1 城市污水的物理成分（組分） ·········42
2.3.2 污水的流動與傳熱特性 ············45
2.3.3 污水特性 ·············45
2.4 污水廢熱回收專用設備··········49
2.4.1 污水取水裝置 ·············49
2.4.2 污水換熱器 ··········53
第3章 污水中污垢特性及除污型換熱器研發 ·············58
3.1 污水換熱器表面的污垢特性·········58
3.1.1 實驗介紹 ·············58
3.1.2 實驗結果 ·············61
3.1.3 結果分析 ·············67
3.2 除污型干式殼管式污水蒸發器············74
3.2.1 除污型干式污水蒸發器的提出與實驗研究 ············74
3.2.2 殼管式與浸泡式污水蒸發器的實驗對比分析 ·········85
3.2.3 除污型蒸發器的實驗和數值研究 ·············95
3.3 枕板式換熱器的設計··········· 112
3.3.1 污水源熱泵系統原理 ············· 112
3.3.2 枕板式污水換熱器及其系統的性能分析 ············· 114
3.3.3 枕板式換熱器的數值分析 ············· 121
本章小結········· 128
第4章 以空氣為媒介的抑垢型污水源熱泵系統 ·········· 131
4.1 折流板式污水塔污水源熱泵············· 131
4.1.1 污水廢熱回收折流板式換熱器的提出 ·········· 131
4.1.2 高效抑垢型污水源熱泵系統運行特性研究 ·········· 134
4.1.3 抑垢型污水源熱泵系統的抑垢特性 ·········· 144
4.1.4 污水換熱塔內部氣流流場數值模擬 ·········· 155
4.2 導流板式污水塔污水源熱泵············· 165
4.2.1 實驗臺搭建 ········ 165
4.2.2 污水溫度對系統性能的影響 ·········· 167
4.2.3 氣液體積流量比對系統性能的影響 ·········· 168
4.2.4 導流板式全熱換熱器與折流板式換熱器的性能對比 ············ 169
4.2.5 導流板式全熱換熱器的節能分析 ············ 171
本章小結········· 174
第5章 空調系統中的污垢特性及在線監測與測試技術 ········· 176
5.1 空調系統的污垢概述··········· 176
5.2 水側污垢在線監測與測試技術·········· 177
5.2.1 水側污垢（非加速）在線監測系統介紹 ············· 177
5.2.2 在線污垢（加速工況）監測平臺 ············· 192
5.3 水側污垢分析方法········ 201
5.3.1 數據處理的理論基礎 ············· 201
5.3.2 誤差分析的理論基礎 ············· 202
5.3.3 基于給定測試管長度的誤差分析 ········· 203
5.3.4 運行參數對污垢熱阻誤差的影響 ········· 206
5.3.5 污垢熱阻計算修正公式 ·········· 210
5.4 空氣側污垢在線監測平臺·········· 220
5.4.1 系統簡介 ··········· 220
5.4.2 空氣側污垢分析方法 ············· 222
5.4.3 空調室外機結霜圖譜分析 ············· 225
本章小結········· 235
第6章 空調系統冷卻水中污垢的特性 ·········· 236
6.1 污垢沉積的影響因素（非加速實驗）········· 236
6.1.1 測試管結構參數對污垢生長過程的影響 ············· 237
6.1.2 水質對污垢生長過程的影響 ········· 242
6.1.3 流速對污垢生長過程的影響 ········· 246
6.2 二元混合污垢相互影響機制（加速實驗）············· 250
6.2.1 污垢生長曲線 ··········· 251
6.2.2 污垢生長的誘導期 ·········· 254
6.2.3 污垢熱阻變化規律的相似性：加速實驗對比長期實驗 ········· 255
6.3 疏水涂層對污垢沉積的影響············· 258
6.3.1 涂層強化管的加工 ·········· 258
6.3.2 涂層強化管的特性 ·········· 260
6.3.3 涂層表面污垢生長過程 ·········· 264
本章小結········· 267
第7章 結垢預測及模型構建············ 269
7.1 污垢模型概述········ 269
7.1.1 Kern-Seaton 污垢模型 ············ 269
7.1.2 污垢模型參數計算 ·········· 270
7.2 附著概率與黏合強度的測試············· 272
7.2.1 實際（非加速）污垢測試結果 ············ 272
7.2.2 加速測試結果 ··········· 274
7.2.3 二元污垢交互作用 ·········· 277
7.2.4 抑垢涂料表面特性對污垢沉積的影響 ········ 281
7.3 附著概率與黏合強度計算關聯式的建立·········· 285
7.3.1 附著概率計算關聯式 ············· 285
7.3.2 黏合強度計算關聯式 ············· 287
7.4 漸近污垢預測模型········ 288
7.4.1 粒子沉積系數比 ··········· 289
7.4.2 壁面剪切應力比 ··········· 290
7.4.3 漸近污垢熱阻比 ··········· 290
7.5 三元變量模型········ 291
7.5.1 現有污垢模型 ··········· 292
7.5.2 污垢熱阻優化模型的建立 ············· 295
7.5.3 優化模型的驗證與對比 ·········· 297
7.6 多變量污垢預測模型··········· 299
7.6.1 漸近污垢熱阻比值關聯式的發展 ·········· 299
7.6.2 漸近污垢熱阻關聯式的發展 ········ 301
7.6.3 污垢預測模型的驗證 ············· 303
7.6.4 多變量污垢預測模型的應用 ········ 305
本章小結········· 306
第8章 強化換熱管的流動換熱及結垢特性影響機制 ·········· 307
8.1 歐拉-拉格朗日法·········· 307
8.1.1 數學模型 ··········· 307
8.1.2 控制方程 ··········· 308
8.1.3 物理模型 ··········· 310
8.1.4 網格劃分及無關性驗證 ·········· 310
8.1.5 數值求解方法 ··········· 312
8.1.6 邊界條件 ··········· 313
8.1.7 污垢模型驗證 ··········· 314
8.2 歐拉-歐拉法·········· 316
8.2.1 數學模型 ··········· 316
8.2.2 控制方程 ··········· 317
8.2.3 污垢模型 ··········· 318
8.2.4 物理模型 ··········· 320
8.2.5 網格劃分及無關性驗證 ·········· 321
8.2.6 數值求解方法 ··········· 322
8.2.7 邊界條件 ··········· 322
8.2.8 污垢模型驗證 ··········· 323
8.3 應用模擬技術分析流動換熱與結垢特性·········· 324
8.3.1 歐拉-拉格朗日法案例分析 ············ 324
8.3.2 歐拉法案例分析 ··········· 328
本章小結········· 341
第9章 空調室外機污垢············ 344
9.1 空氣側顆粒垢——臟堵 ··········· 344
9.1.1 空氣側換熱器表面顆粒污垢的形成過程 ············· 344
9.1.2 空氣側換熱器表面顆粒污垢的分布規律 ············· 345
9.1.3 污垢對換熱器性能的影響規律 ········ 346
9.2 空氣側析晶垢——霜 ··········· 349
9.2.1 空氣側換熱器表面霜的形成過程 ············· 350
9.2.2 空氣側換熱器表面霜層空間分布規律 ········· 351
9.2.3 結霜的抑制方式 ··········· 354
9.3 空氣側混合污垢生長特性·········· 362
9.3.1 空氣中懸浮顆粒物對結霜過程的干預作用 ·········· 363
9.3.2 PM2.5 對空氣側換熱表面器結霜過程影響機制 ············ 365
9.4 既有顆粒污垢工況下的結霜特征············· 370
9.4.1 既有污垢對結霜特性的影響機制 ············ 371
9.4.2 霜、垢共存對換熱器造成的聯合影響 ············· 375
本章小結········· 377
參考文獻········· 379
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換熱器結垢原理與抑制技術 作者簡介
沈朝，男，1984年生，副教授（準聘），博士生導師，就職于哈爾濱工業大學，任院長學術助理。 2015年入選哈爾濱工業大學海外招聘青年拔尖人才計劃，2019年入選黑龍江省“頭雁計劃”骨干成員，2020年黑龍江省優秀青年基金獲得者，國際期刊Renewable Energy客座主編。主要研究方向為零碳建筑與新型熱泵技術、流動與清潔強化換熱技術。主持國家或省部級研究課題8項，海外（美國）研究課題1項。發表學術論文60余篇，其中SCI論文50余篇。申請中國專利13項，獲省部級科技進步獎1項。
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