本文關(guān)鍵詞：微生物污垢的生長機理與傳熱特性的實驗與模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：以再生水源熱泵系統(tǒng)為代表的非清潔水源余熱回收技術(shù),近年發(fā)展迅速。非清潔水源換熱器中形成的微生物污垢,是影響換熱效率和系統(tǒng)安全的關(guān)鍵因素。本研究圍繞微生物污垢的生長機理和傳熱特性主題,以實驗和模擬結(jié)合的方法,探究了生長機理、懸浮物交互作用、傳熱耦合以及新型抑垢技術(shù)等四部分內(nèi)容。本文建立了人工模擬再生水中混合菌種、營養(yǎng)物質(zhì)、懸浮物的配制方法,搭建了可進行傳熱特性實驗的新型可視化流道系統(tǒng),引入了CLSM和活性染色劑等先進觀測手段,用于進行微生物污垢的生長機理和傳熱特性實驗。生長機理實驗采用了枯草桿菌和氣單胞菌的混合菌種,從重量角度分析了不同比例混合菌種的抑制和共生關(guān)系。實驗探究了營養(yǎng)物質(zhì)對生長機理和抑制共生強度的影響,發(fā)現(xiàn)并揭示了貧營養(yǎng)條件下枯草桿菌成垢能力較強的現(xiàn)象和原因。懸浮物交互作用實驗發(fā)現(xiàn),流速和粒徑較大時交互作用有助于除垢抑垢,而含量對交互作用起線性放大效果。本文擬合的經(jīng)驗關(guān)系式可以快速預(yù)測交互作用強度和成垢量。人工PA絮狀物實驗發(fā)現(xiàn)并揭示了絮狀物獨特的微觀粘附機理。本文測定了兩種菌種的最佳生長溫度,建立了比生長速率方程。本文分析了污垢的雙層多孔結(jié)構(gòu),利用在線測量的熱阻和厚度,擬合了污垢導(dǎo)熱系數(shù)。在此基礎(chǔ)上,傳熱特性實驗重點圍繞污垢熱阻展開。實驗發(fā)現(xiàn)了溫度場與污垢之間的耦合交互作用,并分析了不同溫度場下的最優(yōu)換熱布置。針對換熱表面,提出、分析和評價了三種新型表面改性抑垢技術(shù)。鍍銀對細胞活性和EPS結(jié)構(gòu)抑制作用較強,以接觸熱阻為主的附加熱阻較小,清洗磨損較為緩慢。石蠟涂層具有在線生成和清洗優(yōu)勢,附加熱阻可控。包埋苯扎氯銨的石蠟涂層,抑垢作用得到強化并集中在污垢底部,減少了藥劑消耗和二次污染�；跈C理實驗結(jié)果,建立了多物理場耦合三維全生命周期細胞自動機模型。模型模擬了混合菌種交互作用,驗證了枯草桿菌成垢能力強的特點。模型模擬、驗證和分析了溫度場和污垢的耦合作用,以及顆粒物與污垢的交互作用。本研究對于深入認識微生物污垢生長機理和傳熱特性的科學(xué)問題具有重要指導(dǎo)作用,對于解決換熱表面微生物污垢問題具有良好應(yīng)用價值。
【關(guān)鍵詞】：微生物污垢 生長機理 傳熱特性 實驗研究 模型模擬
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：Q93;TK124
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 主要符號對照表10-13
• 第1章 引言13-41
• 1.1 研究背景13-15
• 1.1.1 再生水源熱泵系統(tǒng)13-14
• 1.1.2 換熱器微生物污垢問題14-15
• 1.2 微生物污垢研究現(xiàn)狀綜述15-39
• 1.2.1 早期經(jīng)典研究15-17
• 1.2.2 生長機理研究17-18
• 1.2.3 影響因素研究18-19
• 1.2.4 傳熱特性研究19-21
• 1.2.5 除垢抑垢研究21-30
• 1.2.6 實驗裝置與檢測技術(shù)30-34
• 1.2.7 模型模擬研究34-38
• 1.2.8 現(xiàn)有研究小結(jié)38-39
• 1.3 本研究主要內(nèi)容39-41
• 第2章 機理實驗總體設(shè)計41-52
• 2.1 微生物學(xué)基礎(chǔ)實驗方案41-42
• 2.1.1 微生物實驗條件41-42
• 2.1.2 混合菌種特點與培養(yǎng)42
• 2.2 人工再生水配制方法42-43
• 2.2.1 再生水指標量化42-43
• 2.2.2 微生物配制43
• 2.2.3 營養(yǎng)物質(zhì)與無機離子配制43
• 2.3 微生物污垢機理實驗裝置與方法43-50
• 2.3.1 核心機理流道設(shè)計43-45
• 2.3.2 機理流道CFD驗證45-46
• 2.3.3 系統(tǒng)管路與維護清潔46-47
• 2.3.4 常用測量儀器與計算方法47-49
• 2.3.5 大型顯微觀測儀器與分析方法49
• 2.3.6 掛片儀輔助系統(tǒng)49-50
• 2.4 本章小結(jié)50-52
• 第3章 混合菌種污垢生長機理及營養(yǎng)物質(zhì)影響實驗52-59
• 3.1 實驗方案52-53
• 3.1.1 實驗設(shè)置與實驗周期52
• 3.1.2 實驗結(jié)果分析方案52-53
• 3.2 生長機理實驗結(jié)果53-56
• 3.2.1 量化曲線53-54
• 3.2.2 顯微觀察54-56
• 3.3 混合菌種與營養(yǎng)物質(zhì)機理分析56-58
• 3.3.1 混合菌種相互作用56-57
• 3.3.2 營養(yǎng)物質(zhì)影響規(guī)律57
• 3.3.3 混合菌種與營養(yǎng)物質(zhì)交叉影響57-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 第4章 懸浮物與污垢交互作用分析59-70
• 4.1 實驗方案59-62
• 4.1.1 再生水懸浮物特點與設(shè)置59
• 4.1.2 顆粒物特點與設(shè)置59-60
• 4.1.3 絮狀物特點與設(shè)置60-62
• 4.1.4 實驗系統(tǒng)與設(shè)置62
• 4.2 顆粒物影響分析62-67
• 4.2.1 空白組流速影響分析62-63
• 4.2.2 流速對交互作用影響分析63-64
• 4.2.3 粒徑對交互作用影響分析64-65
• 4.2.4 含量對交互作用影響分析65
• 4.2.5 量化經(jīng)驗公式65-67
• 4.3 絮狀物影響分析67-69
• 4.3.1 流速和含量對交互作用影響分析67-68
• 4.3.2 絮狀物交互作用顯微觀察68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第5章 溫度場耦合條件下污垢的傳熱特性實驗70-79
• 5.1 實驗方案70-71
• 5.1.1 浮游微生物溫度影響實驗方案70
• 5.1.2 溫度場耦合實驗方案70-71
• 5.2 均一溫度影響分析71-73
• 5.2.1 浮游狀態(tài)與污垢狀態(tài)溫度影響對比71-72
• 5.2.2 無量綱比生長速率及溫度關(guān)系式72-73
• 5.3 溫度場耦合條件下傳熱特性分析73-78
• 5.3.1 污垢熱阻與污垢厚度73-74
• 5.3.2 污垢特性與傳熱過程分析74-75
• 5.3.3 溫度場對污垢作用75-76
• 5.3.4 污垢對溫度場反作用76-77
• 5.3.5 換熱布置對污垢影響77-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 第6章 表面改性抑垢實驗79-100
• 6.1 鍍銀抑垢實驗方法79-81
• 6.1.1 鍍銀抑垢層加工與分析79-81
• 6.1.2 鍍銀抑垢實驗方案81
• 6.2 鍍銀抑垢分析81-87
• 6.2.1 換熱實驗與附加熱阻分析81-83
• 6.2.2 生長實驗與污垢重量分析83
• 6.2.3 顯微觀察分析83-86
• 6.2.4 鍍層磨損與經(jīng)濟性分析86-87
• 6.3 石蠟涂層實驗方法87-92
• 6.3.1 石蠟涂層制備與性質(zhì)87-92
• 6.3.2 石蠟涂層實驗方案92
• 6.4 石蠟涂層分析92-94
• 6.4.1 熱阻曲線分析92-94
• 6.4.2 附加熱阻分析94
• 6.5 抑垢劑強化石蠟涂層實驗方法94-96
• 6.5.1 抑垢劑與石蠟涂層強化方法94-96
• 6.5.2 強化石蠟涂層實驗方案96
• 6.6 抑垢劑強化石蠟涂層分析96-98
• 6.6.1 重量曲線分析96-98
• 6.6.2 熱阻計算98
• 6.7 本章小結(jié)98-100
• 第7章 污垢細胞自動機模型模擬100-110
• 7.1 模型模擬方法100-101
• 7.1.1 模型選取與組分關(guān)系100-101
• 7.1.2 模型參數(shù)與技術(shù)方法101
• 7.2 混合菌種模型101-103
• 7.2.1 混合菌種參數(shù)101
• 7.2.2 混合菌種相互作用分析101-103
• 7.3 傳熱特性模型103-106
• 7.3.1 傳熱模型參數(shù)設(shè)定103-104
• 7.3.2 模型模擬結(jié)果與耦合分析104-106
• 7.4 顆粒物交互作用模型106-108
• 7.4.1 顆粒物模擬設(shè)置106
• 7.4.2 交互作用模擬及分析106-108
• 7.5 本章小結(jié)108-110
• 第8章 結(jié)論110-112
• 參考文獻112-134
• 致謝134-136
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文與研究成果136-137

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：微生物污垢的生長機理與傳熱特性的實驗與模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：336736