题目：超声波动态阻垢机理及影响因素实验研究--基于换热管的积垢和换热研究

摘要：与溶液介质接触的管壁、器壁，结垢现象有时比较明显。长期的积垢既增大了流体的流动阻力,又降低了壁面的热量交换，严重影响了传质、传热效率，甚至给安全带来了隐患。对此不同行业采取了不同的阻垢方法，而且每种方法也都各有千秋，各有弊端。本论文主要通过理论和实验，对动态超声阻垢机理和影响因素加以研究。
超声波因其具有波长短，能量高，且传播的定向性好等特点，因此在超声功率和超声检测两个方面的有着广泛的应用。其中的超声阻垢技术是近几十年科研和工业应用中发展较快的一种新技术，尤其在减小管流中的阻力，提高运输能力方面，以及在防除换热器件壁面的积垢，增加传热效率方面，有着不容忽视的作用。当超声在液体中传播时，会产生空化、辐射压、声流等效应。动态超声阻垢就是就将超声作用于流动的液体中以达到减小积垢的技术，其物理机制主要是应用超声波的空化效应以及力学效应。另外超声波在溶液中会产生搅拌作用，还会在溶液和管壁间产生剪切力，这些力学效应对于溶液中的晶体和微小颗粒的沉淀也有一定的抑制作用。超声对溶液产生其它的一些效应也有助于积垢的减小，如改变溶液的电导率、黏度，硬度、碱度、表面张力等
本论文主要在动态超声阻垢理论研究的基础上，针对动态超声阻垢技术在热态管流方面的应用，通过自行设计的动态阻垢实验方案，并在不同声学参数和不同物理、化学参数情况下实验，研究动态超声阻垢的原理及特点，又经过对实验数据的计算和分析，寻找最佳的阻垢参数，包括超声波发生器，换能器的功率、频率，所配制溶液的相关物理，化学参数等，以期能为现代工业有所帮助。
本次的动态超声阻垢实验表明: 超声频率、功率、液体的流量、温度等是影响阻垢率的主要因素，并得出以下结论。
1.对本实验系统而言, 其最佳动态超声阻垢的声学参数是: 频率范围21.74～35.15kHz 、电功率范围100～300W。
2.流量在0-1000L/h范围内，超声阻垢率随着流量的增大而增大。
3.从对比实验传热系数-时间关系图明显可以看出超声能够强化换热器的传热过程，能明显减小管壁的积垢。加超声的传热系数在30℃～70℃之间明显高于不加超声的传热系数。
4．从实验总钙浓度-时间关系图可看出，有超声时碳酸钙沉积结垢较无超声时相对较少，即超声有减少积垢作用。且实验运行两小时以后，有超声时溶解钙离子浓度明显高于无超声时的钙离子浓度，这又说明超声能增加碳酸钙的溶解，有减少积垢作用。
5．有超声状态下稳态溶液电导率基本保持不变。这又说明超声能相对增加溶液的电导率，即能相对增加碳酸钙的离解，对减少碳酸钙结晶积垢有帮助。而且超声能相对减小溶液的PH值，减小碳酸钙结晶反应。
本论文的前期工作，首先是通过了解近几十年来国内外对超声阻垢方面的研究，尤其在加强换热方面的实验研究，然后经过自己的整理与分析，优化动态超声阻垢实验方案。并在导师的指导和帮助下，与导师及本实验室同学共同搭建实验装置，进行实验前的调试。实验具体内容主要通过超声阻垢的空白对比实验，及改变相关参数方面来做实验研究，本实验积垢检测的手段是同时应用了多种检测方法，以确保实验结果的可靠性。一种是通过称重法来直接衡量积垢程度，另外还通过钙离子浓度测量来估算积垢量，再有就是通过套管式换热器的传热效率来评价积垢程度，其它的辅助检测方法还用电导率仪测量溶液的电导率，PH计测量溶液的PH值等。对于实验所得数据进行计算和作图，最后经过分析、总结，得出本研究的结论。另外本文最后还指出了在超声阻垢加强传热方面亟待解决的一些问题和需要研究的方向。