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《管內(nèi)流動對析晶污垢沉積特性影響的數(shù)值模擬.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第33卷第6期東北電力大學學報Vo1．33．No．62013年12月JournalOfNortheastDianliUniversityDeC．．2O13文章編號：1005—2992(2013)06—0092—05管內(nèi)流動對析晶污垢沉積特性影響的數(shù)值模擬徐志明，徐欣，張一龍2(1．東北電力大學能源與動力工程學院，吉林吉林132012；2．華北電力大學，北京102200)摘要：為研究管內(nèi)流動對析晶污垢沉積和管內(nèi)對流換熱的影響，采用編程的方式對管內(nèi)流動和析晶沉積過程進行數(shù)值模擬。得出不同流速對管內(nèi)對流換熱的影響，并結(jié)合污垢沉積模型分析了不同Re數(shù)對污垢沉積率、剝蝕率以及凈沉積率的影響。結(jié)果表明，剝
2、蝕率、沉積率和凈沉積率隨著Re數(shù)的增加均呈現(xiàn)減小的趨勢，但不同Re數(shù)各變量影響程度略有不同，當Re數(shù)高于10000后，三個變量幾乎沒有變化。關(guān)鍵詞：析晶污垢；沉積特性；SIMPLER算法；數(shù)值模擬中圖分類號：TK124文獻標識碼：A污垢是由不同特性物質(zhì)組成的復雜物質(zhì)，已有很多文獻對針對不同類型的污垢提出相關(guān)的污垢模型?。近年來，數(shù)值模擬技術(shù)日漸成熟，采用該技術(shù)對管內(nèi)析晶污垢沉積過程進行研究不失為一種有效手段。采用數(shù)值模擬的方法對管內(nèi)析晶污垢的部分沉積特性進行研究，既減少實驗帶來的經(jīng)濟成本，又可以有效擴展分析的工況。將相關(guān)的傳熱、傳質(zhì)計算模型以及Kern和Seanton污垢沉積模型寫入計算代碼中
3、，確定的相關(guān)方程確定管內(nèi)的速度、溫度和濃度三個變量的分布j。通過計算得出在不同工況下，析晶污垢沉積率、剝蝕率以及經(jīng)沉積率的變化情況，并對各類工況進行分析。Brahim等建立了簡單的二維流動來模擬污垢沉積。并由污垢沉積帶來的流場變化而對計算進行時時修正。得出污垢的沉積剝蝕規(guī)律和污垢熱阻及垢層的溫度分布J。徐志明等從傳熱傳質(zhì)的角度建立了一個硫酸鈣析晶污垢模型，并進行了數(shù)值模擬計算，求得速度場、溫度場和濃度場，進而得到析晶污垢沉積率、剝蝕率隨時間的變換規(guī)律卜引。但對于流動特性對污垢沉積的影響，國內(nèi)外則很少有人研究。本文將著重對這一問題進行探討。1析晶污垢沉積及湍流流動模型1．1物理模型本文主要研究析
4、晶污垢在壁面沉積過程的影響，由于圓管的幾何形狀具有對稱性，因此僅選擇圓管的下半部分作為計算區(qū)域。模型尺寸為，圓管內(nèi)徑22ITlIn，管長1500Inln。經(jīng)過計算該模型滿足尼古拉茲試驗的約束條件，可以避免進口段的影響。管內(nèi)流動工質(zhì)為濃度c=3．0kg／m的CaSO溶液。計算中作如下假定，流動處于充分發(fā)展階段，流體流動及污垢各特性參數(shù)在各向同性且均勻分布。根據(jù)以上說明，物圖1物理模型圖理模型以及所計算區(qū)域的分布如圖1所示。1．2湍流流動模型湍流流動的模擬過程采用二維Ⅳ一Js方程，標準k—湍流模型和壁面函數(shù)法進行模擬，其控制方收稿日期：2013—07—10基金項目：國家自然科學基金資助項目(510
5、76025)作者簡介：徐志明(1959一)，男，吉林省九臺市人，東北電力大學能源與動力工程學院教授，博士，主要研究方向：節(jié)能理論與技術(shù)、換熱設備的污垢與對策和強化換熱．第6期徐志明等：管內(nèi)流動對析晶污垢沉積特性影響的數(shù)值模擬93程通用形式如下：+div(u)=div(悖ad4)．(1)方程中為通用變量，分別代表速度、溫度、濃度、湍流強度、湍流耗散等變量，P為流體的密度，廠為不同變量下的廣義擴散系數(shù)，S為不同變量對應的源項，U是速度矢量。其中濃度方程的廣義擴散系數(shù)根據(jù)Lammers模型計算，具體表示為：D(T，c)=生+05C+1表1計算擴散系數(shù)方程16中的模型系數(shù)1．3污垢沉積模型污垢沉積模型
6、主要由沉積率、剝蝕率及凈沉積率構(gòu)成。其中，污垢沉積率主要以濃度方程解出的濃度場為基礎，根據(jù)濃度梯度產(chǎn)生的傳輸動力以及析晶污垢離子之間相互關(guān)系，污垢的沉積率為：md=盧·{吉·+△c一[丟·()+·△c]}，c3式中的△c是管內(nèi)的總濃度梯度，如式(4)所示，Ac=Ac1+Ac2=cF—cs，(4)式中的是由Lammers的半經(jīng)驗方法計算出來Sherwood數(shù)計算的出的，如式(5)所示，：．(5)‘Ⅱ^污垢的剝蝕過程由文獻[9]給出：m=舍··(1+·△)·de·(p·叼·)·xf·“，(6)其中，“為流體的平均流速，程序中取流體主流速度。P描述了晶體間的附著力；為常數(shù)，其值為在污垢層內(nèi)的錯誤點數(shù)
7、量。JD，是污垢層的平均密度。當已知總的單位面積污垢沉積質(zhì)量和污垢層厚度xf時，可得污垢平均密度為：m，(7)(1+△)描述了污垢層的熱應力。是線性擴散系數(shù)并且△為污垢層內(nèi)的溫度梯度。通過Krause的研究得知，析晶晶體的平均半徑為36微米。得出沉積率和剝蝕率之后，取兩者之差即可得出凈沉積率，由式(8)所示dmid：d一d?m：m?d—m?，．‘(、8)2模擬方法及工況2．1模擬方法模擬過程利用柱
