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换热器内污垢的形成不仅是一个非常复杂的能量、质量和动量传递过程,而且还是受到众多因素影响的物理化学过程。污垢是工业循环水系统中最常见且最难解决的问题。在我国结晶污垢主要是以碳酸钙为主,因此,对碳酸钙结晶污垢的研究具有很强的针对性和现实意义。本文以碳酸钙结晶污垢为研究对象,对测试管内壁面上碳酸钙结晶污垢的生长特性进行实验研究和数值模拟研究,并利用扫描电镜(SEM)观察碳酸钙结晶污垢的形貌及分布,分析碳酸钙结晶污垢在其表面上的生长规律。以浓度分别为50、150和200 mg/L的过饱和碳酸钙溶液为循环冷却水,测试管管内流速为0.2 m/s(Re=2854)、水浴温度为85±0.5℃和测试管管内流体入口温度为63±0.5℃的条件下,实验致力于研究AISI 316L不锈钢测试管内壁面上碳酸钙析晶污垢生长对传热特性的影响,得到传热关联式和热阻关联式。实验结果表明:对于不同浓度的碳酸钙溶液,总传热系数随时间都呈现出先下降,后增加,再次下降的变化规律,而污垢热阻随时间的变化规律则相反。污垢生长过程可分为诱导期和污垢生长期两个阶段,期中诱导期又可分为正热阻段(初始阶段)和负热阻段,且碳酸钙溶液浓度越高,诱导期越短,污垢生长越快;通过扫描电镜(SEM)图片观察到,浓度为50 mg/L时,Ca CO3污垢的晶型全为六面体的方解石;浓度为150 mg/L时,方解石与针状文石并存;浓度为200 mg/L时,全为针状文石。在上述实验结果的基础上,选择浓度为50 mg/L的碳酸钙溶液,在相同条件下对污垢生长特性进行分段实验研究,得到传热关联式和热阻关联式,并用扫描电镜(SEM)观察碳酸钙结晶污垢在各阶段的形貌及分布特征。实验表明:污垢生长呈现出在正热阻段、负热阻段和污垢生长段各不相同,这与污垢对传热的阻碍作用和污垢存在引起的扰流作用紧密相关。通过扫描电镜(SEM)图片观察到:沿着溶液流动方向,管内污垢呈现出前疏后密的分布规律。在实验初期,碳酸钙结晶污垢在管壁上只是零星分布,随着实验的进行,换热面上的污垢沉积逐渐增多,分布密度增大。应用FORTRAN软件编程对圆管内Ca CO3污垢生长出现诱导期的机理进行了数值研究。结果表明:圆管内Ca CO3污垢生长过程中存在负热阻阶段和正热阻阶段,负热阻阶段污垢对传热的阻碍作用小于因污垢存在而引起的扰流对传热的增强效果,即Nu/Nu0>1;而正热阻阶段污垢对传热的阻碍作用大于因污垢存在而引起的扰流对传热的增强效果,即Nu/Nu0<1。