本文關(guān)鍵詞：防腐鍍（涂）層管束表面對流凝結(jié)換熱特性實驗研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展,我國的能源消費總量日益俱增,但能源利用效率僅為30%,其中很多未利用的能量以余熱的形式排放到大氣中,造成能源的極大浪費。煙氣余熱是整個工業(yè)余熱的主要部分,并且煙氣余熱的回收率僅為34.9%,因此,煙氣余熱回收利用的空間和潛力巨大。低溫?zé)煔庥酂峄厥绽貌粌H可以回收煙氣中水蒸氣的潛熱和煙氣的顯熱來提高鍋爐熱效率,而且產(chǎn)生的凝結(jié)液可以吸收煙氣中部分酸性氣體,因此具有節(jié)能與環(huán)保的功效。但是,低溫?zé)煔獾挠酂峄厥罩饕媾R著換熱溫差低和換熱器低溫腐蝕嚴(yán)重兩個難題,解決這兩個難題最合適的途徑是尋找促進珠狀凝結(jié)和抑制低溫腐蝕的換熱表面。因此,研究不同鍍(涂)層管束的對流凝結(jié)換熱特性及耐蝕性能具有重要的工程應(yīng)用和學(xué)術(shù)價值。本文在自行設(shè)計的實驗裝置上,模擬了低溫?zé)煔庥酂峄厥绽玫倪^程,系統(tǒng)地研究了紫銅、Ni-P鍍層、Ni-P-Cu鍍層和聚四氟乙烯(PTFE)涂層管束的對流凝結(jié)換熱特性及耐蝕性能,并通過多元線性擬合得出了紫銅、Ni-P鍍層、Ni-P-Cu鍍層和PTFE涂層管束的對流凝結(jié)復(fù)合換熱Nu的實驗關(guān)聯(lián)式。腐蝕性能實驗的結(jié)果表明,紫銅管表面的腐蝕速度為84.2mg/(dm2·d),Ni-P鍍層管、Ni-P-Cu鍍層管和PTFE涂層管表面的耐蝕性能明顯優(yōu)于銅管,腐蝕速度分別為13.8、11.5和5.2mg/(dm2·d), PTFE涂層管表面具有最佳的耐蝕性能；穿透能力強的氯離子破壞紫銅管表面的氧化膜,使其發(fā)生了嚴(yán)重的點蝕；Ni-P鍍層管中鎳與氯離子生成易溶解的氯化鎳,并出現(xiàn)了膜富磷現(xiàn)象,微觀表面出現(xiàn)了腐蝕裂痕; Ni-P-Cu鍍層管的鍍層中銅元素的加入增強了耐蝕性能,微觀表面僅有一個點蝕區(qū)域,未有腐蝕裂痕出現(xiàn)；PTFE分子中氟原子幾乎覆蓋了整個碳鏈骨架,使PTFE涂層管表面具有超強的耐蝕性能,阻斷了紫銅管表面與腐蝕介質(zhì)的接觸。換熱性能實驗的結(jié)果表明,含濕氣體流速越大,水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高,紫銅、Ni-P鍍層、Ni-P-Cu鍍層和PTFE涂層管束的凝結(jié)換熱系數(shù)、氣側(cè)對流凝結(jié)復(fù)合換熱系數(shù)和總換熱系數(shù)越大；紫銅管管外凝結(jié)狀態(tài)主要為膜狀凝結(jié),而Ni-P鍍層、Ni-P-Cu鍍層和PTFE涂層管外主要以珠狀凝結(jié)為主；Ni-P鍍層、Ni-P-Cu鍍層和PTFE涂層管束凝結(jié)換熱系數(shù)相比紫銅管管束分別提高5%-35%、14%-61%和10%-48%,Ni-P-Cu鍍層管束具有最佳的凝結(jié)換熱效果；銅管、Ni-P鍍層管和Ni-P-Cu鍍層管表面的物相結(jié)構(gòu)分別為晶體結(jié)構(gòu)、混晶體結(jié)構(gòu)(以非晶結(jié)構(gòu)為主)和非晶體結(jié)構(gòu),晶體含量越低,表面自由能較低,凝結(jié)換熱效果越好；PTFE的對稱主鏈結(jié)構(gòu)使得它具有高度的結(jié)晶性,但PTFE中氟原子的電負(fù)性極大使PTFE表面自由能較低,能顯著地促進換熱表面形成珠狀凝結(jié)；紫銅、Ni-P鍍層、Ni-P-Cu鍍層和PTFE涂層管束的對流凝結(jié)復(fù)合換熱Nu的實驗關(guān)聯(lián)式能較好地將實驗值與預(yù)測值的偏差控制在15%之內(nèi)。不同鍍(涂)層管束的對流凝結(jié)換熱特性及耐蝕性能實驗研究表明,在低溫?zé)煔庥酂峄厥盏膶嶋H應(yīng)用中,應(yīng)當(dāng)綜合考慮鍍(涂)層管束的換熱性能和耐蝕性能,當(dāng)煙氣的腐蝕性較大時,優(yōu)先選擇PTFE涂層換熱管束；當(dāng)煙氣的腐蝕性較小時,則首選換熱效果最好的Ni-P-Cu鍍層換熱管束。
【關(guān)鍵詞】：凝結(jié) 對流 傳熱 腐蝕 余熱回收
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK124
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 主要符號說明8-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景及意義12-14
• 1.1.1 煙氣余熱回收的意義12-13
• 1.1.2 煙氣余熱回收的常用技術(shù)13-14
• 1.2 換熱表面對流凝結(jié)換熱特性及耐蝕性能研究現(xiàn)狀14-19
• 1.2.1 對流凝結(jié)復(fù)合換熱特性的理論研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 普通表面對流凝結(jié)換熱特性的實驗研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 不同鍍(涂)層表面耐蝕性能的實驗研究現(xiàn)狀16-17
• 1.2.4 不同鍍(涂)層表面對流凝結(jié)換熱特性的實驗研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 課題研究目的及內(nèi)容19
• 1.4 本章小結(jié)19-20
• 第二章 實驗系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)處理方法20-34
• 2.1 實驗系統(tǒng)及步驟20-22
• 2.1.1 不同紫銅基鍍(涂)層管表面耐蝕性能實驗20
• 2.1.2 含濕氣體橫掠鍍(涂)層管束對流凝結(jié)換熱性能實驗20-22
• 2.2 實驗設(shè)備及儀器22-25
• 2.2.1 直流式蒸汽發(fā)生器23
• 2.2.2 蠕動泵23-24
• 2.2.3 電加熱器及智能PID儀表24
• 2.2.4 溫濕度變送器24-25
• 2.2.5 數(shù)據(jù)采集器25
• 2.3 實驗數(shù)據(jù)的處理方法25-31
• 2.3.1 耐蝕性能參數(shù)的計算25
• 2.3.2 濕空氣物性參數(shù)的計算25-27
• 2.3.3 換熱系數(shù)的計算27-29
• 2.3.4 對流凝結(jié)復(fù)合換熱實驗關(guān)聯(lián)式的擬合29-31
• 2.4 實驗誤差分析31-33
• 2.4.1 直接測量誤差分析31-32
• 2.4.2 間接測量誤差分析32-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 不同紫銅基鍍(涂)層管表面耐蝕性能實驗研究34-41
• 3.1 引言34
• 3.2 實驗方法和樣品制備34
• 3.3 腐蝕實驗結(jié)果及耐蝕性能分析34-40
• 3.3.1 不同紫銅基鍍(涂)層管表面腐蝕速度34-35
• 3.3.2 不同紫銅基鍍(涂)層管腐蝕前后表面形貌35-37
• 3.3.3 不同紫銅基鍍(涂)層管表面腐蝕前后成分變化37-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 紫銅管管束對流凝結(jié)換熱特性的實驗研究41-46
• 4.1 引言41
• 4.2 含濕氣體橫掠紫銅管管束凝結(jié)換熱特性41-42
• 4.3 含濕氣體橫掠紫銅管管束氣側(cè)對流凝結(jié)復(fù)合換熱特性42-43
• 4.4 含濕氣體橫掠紫銅管管束總換熱特性43
• 4.5 紫銅管管束表面對流凝結(jié)復(fù)合換熱的實驗關(guān)聯(lián)式43-44
• 4.6 本章小結(jié)44-46
• 第五章 紫銅基鍍(涂)層管束對流凝結(jié)換熱特性的實驗研究46-57
• 5.1 引言46
• 5.2 含濕氣體橫掠紫銅基鍍(涂)層管束對流凝結(jié)換熱特性46-49
• 5.2.1 含濕氣體橫掠紫銅基鍍(涂)層管束凝結(jié)特性46-47
• 5.2.2 含濕氣體橫掠紫銅基鍍(涂)層管束氣側(cè)對流凝結(jié)復(fù)合換熱特性47-48
• 5.2.3 含濕氣體橫掠紫銅基鍍(涂)層管束總換熱特性48-49
• 5.3 不同紫銅基鍍(涂)層管束表面對流凝結(jié)換熱效果對比分析49-54
• 5.3.1 不同紫銅基鍍(涂)層管束表面珠狀凝結(jié)狀態(tài)49-50
• 5.3.2 不同紫銅基鍍(涂)層管束表面物相結(jié)構(gòu)50-51
• 5.3.3 不同紫銅基鍍(涂)層管束凝結(jié)換熱特性比較51-52
• 5.3.4 不同紫銅基鍍(涂)層管束氣側(cè)對流凝結(jié)復(fù)合換熱特性比較52-53
• 5.3.5 不同紫銅基鍍(涂)層管束總換熱特性比較53-54
• 5.4 不同紫銅基鍍(涂)層管束表面對流凝結(jié)復(fù)合換熱實驗關(guān)聯(lián)式54-55
• 5.5 本章小結(jié)55-57
• 第六章 結(jié)論與展望57-60
• 6.1 全文總結(jié)57-58
• 6.2 進一步研究建議58-60
• 參考文獻(xiàn)60-64
• 致謝64-65
• 作者簡介,攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果65

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本文編號：628806