考虑污垢因素的凝汽器传热系数的计算研究
美国汽车制造商生产的轿车的燃油经济性标准目前为每加仑汽驶 27. 5 英里 ,小型面包车 、 SUV 和轻型货车则是每加仑 22. 2英里 (约合每升 9公里 ) ,这一标准自 1985年以来就没改变过 。
生物污垢是宏观生物体和微观生物体附着于 换热面上形成的 ,而且生物污垢可能会产生粘泥 ,这 些粘泥反过来又为生物污垢的繁殖提供了条件 。 比如冷却水中含有的泥渣 、沙子 、腐蚀物 、有机物 、 微生物菌落 ,更不可思议的是碎木片 、杂草 、树叶等 。许 多细菌都具有粘性细胞壁和形成菌角的能力 ,能 将悬浮水中的腐蚀产物 、泥渣 、沙子等粘接在一 起 ,形成粘性沉淀物 ,附着在管壁上 ,而且越积越 厚 。微生物沉淀不仅增大传热热阻 ,还会影响冷 却水的流通性 ,使传热系数进一步降低 。
无论是核电站还是火电厂 ,凝汽器的运行状 况都很重要 。凝汽器是汽轮发电机组的重要辅 机之一 ,凝汽器工作性能的好坏直接影响整个机 组的经济性和安全性 [ 1 ] 。实际运行中 ,由于凝汽 器换热管冷却水侧利用的是江河水 ,难免会在凝 汽器换热管水侧产生污垢 ,导致换热热阻增加 、换 热系数下降 、端差增大 、真空降低 、汽轮机组出力 下降 。同时污垢的存在也是凝汽器设备产生故障 的一个重要原因 [ 2 ] 。据估算 ,凝汽器故障造成的 损失对整台机组的影响占 3. 8%。另外 ,对凝汽 器进行变工况计算时 ,往往需要确定凝汽器的 传热系数 。已往的凝汽器传热系数的计算中 , 或考虑污垢热阻为一估计定值 ,或忽略污垢热 阻 ,不能反映真实的变工况特性 ,尤其是对已运 行的凝汽器 [ 3 ] 。本文首先分析了凝汽器水侧污 垢的特性 ; 然后通过模拟凝汽器运行工况换热
盐分的沉积和微生物污垢的生成 ,会在凝汽器的换 热表面上形成污垢 ,使传热系数下降 ,线 )通过模拟凝汽器运行工况换热管侧内壁 混合污垢生成的过程和机理进行实验研究 ,对实 验数据的数学分析和处理后可确定凝汽器污垢热 阻的渐近值 。
( 3 )给出了考虑污垢因素的凝汽器的传热系 数的计算方式 ,可为凝汽器的变工况计算和运行 中真空的确定奠定基础 。
与此同时 ,该议案一旦在参议院通过并成为法律 ,将迫使美国汽车行业进行一系列重大变革 。电油 混合型动力车将在汽车行业获得长足发展 。同时 ,柴油机动车也会成为新宠 。据悉 ,底特律将大批量生 产柴油机动车 。另外 ,装有微型发动机的微型汽车 ,以及“气缸钝化 ”技术 (即在不需要发动机加大马力 时气缸会自动关闭 )均将成为受欢迎的对象 。
热面上的积聚 。这种污垢包括较大固态微粒在水 平面上的重力沉积和以其他机理在水平面和非水 平面上形成的胶体粒子沉积物 [ 5 ] 。一般未经处 理的硬水 (如 江 河 水 ) , 不 同 程 度 的 含 有 Ca2 , M g2 , CO23 - , OH - 等离子 ,由于水分蒸发 、水温增 加 、二氧化碳吹失等因素 ,难溶或微溶钙盐和镁盐 将在管道和换热面上产生沉淀 ,形成污垢 ,其中碳 酸钙和碳酸镁约占污垢总量的 80% ～90%。 1. 2生物污垢的特性
共同点 ,但是又存在各自的特点 ,因此目前还没有 一个广泛使用的 、精确的表征污垢特性的理论模
型 ,但是从大量的实验不难发现 ,污垢热阻一般是 与流速的 n次方成反比 ,于是可以认为凝汽器污 垢热阻渐近值的一般预测模型为
摘 要 :凝汽器冷却水系统运行过程中 ,由于难溶盐分的沉积和微生物污垢的生成 ,会在凝汽器的换热表面上 形成污垢 ,使传热系数下降 ,真空降低 。分析了凝汽器水侧污垢的特性 ,然后给出了考虑污垢因素的凝汽器传 热系数的计算方式 。 关键词 :传热系数 ;污垢 ;凝汽器 中图分类号 : TK124文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 3950 (2007) 06 - 0009 - 03
汽车制造商协会发言人伯格基斯特表示 ,汽车制造商面临的最大挑战是如何使研发技术更具吸引 力 ,来吸引消费的人购买 。这在大多数情况下要增加额外的成本 ,新的成本会使得新车成本提高 ,但长期而言节省 的燃料费用可以与之相抵 ,而消费者也将因此受益匪浅 。
美国国内汽车制造商长期以来一直反对燃料效率提高的议案 ,他们表示目前还不具备更高标准的 技术和财力 ,而且也没办法保证轻型汽车的安全性 。最近数周 ,通用汽车公司 、福特汽车公司和克莱斯勒 公司的高层都曾试图游说国会不要通过此项要求严格的议案 ,但收效甚微 。
美国众议院议员最近就一项新的能源议案达成一致 。根据该议案 ,美国汽车制造商必须在 2020年前将轿车和轻型卡车的燃油经济性提高 40% ,即从目前平均每加仑汽驶 25英里的水平提 高至 35英里 。
美国非政府组织塞拉俱乐部华盛顿地区负责人麦尼科夫表示 ,按照新能源法的燃油效率标准 ,截至 2020年 ,美国每天将为此节省 120万桶石油 ,这相当于目前从中东地区石油进口量的一半左右 。即使 考虑研发技术成本 ,每年因燃料节约节省的费用也将达到 2 650万美元 。
以松花江水为介质 ,利用图 1所示的污垢热 阻实验装置 ,用不同的凝汽器换热管侧水流速进 行实验 , 通 过 对 实 验 数 据 进 行 拟 合 , 得 出 c = 11575 ×10 - 4 , n = 0. 78。由图 2能够准确的看出 ,在特定 的水质条件下利用该模型得出的污垢热阻与实际
管侧内壁混合污垢生成的过程和机理做实验研 究 ,并通过实验数据的数学分析和处理 ,确定污 垢热阻的渐近值 ,从而确定考虑污垢因素的凝 汽器传热系数 。
污垢的形成是一极其复杂的热量 、动量和质 量的交换过程 ,而且污染现象遍及自然过程 。各 种水体中不可避免地存在钙镁等矿物质以及细菌 等微生物 ,因此在其流经设备或管道时就会形成 由这些杂质构成的混合污垢 [ 4 ] 。一般说来 ,电厂 凝汽器换热管内侧污垢主要是微粒污垢和生物污 垢两种 。尽管它们的物理形态 、形成机理和化学 活性等都不相同 ,但对换热过程的影响却是相同 的 ,它们 都 增 加 了 换 热 面 的 热 阻 , 降 低 了 传 热 系数 。 1. 1微粒污垢的特性
这项议案的通过将意味着 ,即将推出的美国新能源法案在关于汽车能耗标准的关键议题上取得了 重要突破 。而这也将对更大范围内的能源法案决议产生一定的影响 ,这中间还包括在汽油混合物中加入更多的生 物燃料 ,取消对原油产业的税收激励以及要求社会更多地使用可再次生产的能源等 。而这些议案也是目前美 国各界对新能源法案持有争议的焦点领域 。
度 , ℃; tw 为管壁的温度 , ℃。 2. 4考虑污垢因素的凝汽器传热系数的计算方式
