含阻垢剂冷却水在换热表面污垢生成机理研究

换热表面污垢的抑制、监测节能及清除问题是节能减排、节约水资源、保护环境中需重点解决的问题。目前对换热表面污垢生成机理的研究大多是在以没有添加阻垢剂的冷却水为基础上进行的，但工业使用的冷却水基本上都要添加阻垢剂。所以已得到的结果不能完全反映使用添加阻垢剂冷却水在换热表面上污垢的生成机理。另外，对阻垢剂性能的研究主要是基于静态实验和金属掛片缓蚀的动态实验，并不系统地进行阻垢剂的性能与污垢生长速率相关性研究。从而人们对具有阻垢功效的官能团与污垢生长速率相关性认知不足。为了获得添加阻垢剂冷却水在对换热表面污垢生成机理，本项目采用实验和数值分析相结合的方法对含阻垢剂冷却水在换热表面污垢生长机理进行研究。目的是获得阻垢剂多个单一功能团性能与污垢生长速率相关性的基础数据，为现有阻垢剂的改进和新型高效阻垢剂的研发、污垢在线监测控制和数值模拟提供理论数据、冷却水工业使用工艺的制定提供依据。

循环水换热器结垢除与热流密度、流体温度、换热面温度以及循环水流速,循环水的pH值等外因有关外，更重要的是受阻垢剂本身性能的影响。阻垢剂的性能很大程度上取决于以下参数：它的化学表达式、浓度、分子量及聚合物分子分布、循环水的水质。目前，活性官能团与阻垢剂性能之间的关系是通过静态实验得到的，是定性的，而不是定量的，并不能满足开发阻垢剂和指导实际生产的需要。. 本项目首先对光管内CaCO3结垢特性及其与雷诺数的关系进行了研究，揭示了CaCO3结垢在诱导期及污垢生长期内的生长规律，并在层流、过渡流和湍流条件下，得到了污垢生长过程中管内Nu数与雷诺数及时间的关联式，在诱导期的初始阶段热阻表现为正值，而不是零；其次HPMA作用下CaCO3在316L不锈钢圆管内结垢特性及其对传热的影响，羧基对碳酸钙的作用存在临界阀值效应；再次对CaCO3污垢生长引起负热阻的机理进行了数值分析研究，其模拟结果与实验结果相符；最后进行了羧基官能团阻垢机理及其影响因素的研究，羧酸官能团的阻垢机理主要通过吸附碳酸钙微晶，使正常生长的晶格发生扭曲, 污垢晶体的生长被破坏, 羧酸官能团的吸附作用取决于其电负性，而电负性又受阻垢剂中其它官能团的影响。