【正文】 它與二水平全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同之處在于它增加了一個(gè)因子，也就是增加了一個(gè)水平，從而可以更好的、更清晰準(zhǔn)確的表示出評(píng)價(jià)指標(biāo)與各因子之間的非線性關(guān)系?？栈饔猛瑫r(shí)促進(jìn)了氣泡脫離原先運(yùn)動(dòng)軌跡的速度，降低了溶液的表面張力 [21]，加快了換熱器 表面的流體流動(dòng)速率，增加了蒸發(fā)器內(nèi)部物料的整體流動(dòng)速度和內(nèi)部能量交換的速度，從而強(qiáng)化了傳熱效果。隨著超聲波功率密度的增加，傳熱系數(shù)得到增加 。由圖中可以看出，無(wú)論超聲式蒸發(fā)器傳熱系數(shù)隨著傳熱溫差怎么變化，超聲波對(duì)傳熱系數(shù)的影響都十分顯著，傳熱系數(shù)的變化趨勢(shì)都很明顯，這就說(shuō)明超聲波對(duì)傳熱系數(shù)的提高有著顯著地作用，對(duì)提高換熱氣效率起到一定的作用。蒸發(fā)管壁面氣模的厚度增大，使得氣相液相的熱阻變大，且 由努賽爾數(shù)公式可知傳熱強(qiáng)度的降低，使得液膜之間的傳熱遭到阻礙，加劇了傳熱系數(shù)的降低。 圖 36 進(jìn)料流量對(duì)傳熱系數(shù)的影響 傳熱溫差對(duì)傳熱系數(shù)的影響 圖 37 給出進(jìn)料溫度為 60℃，流量為 60L/h，超聲波功率密度分別為 0w/m2和為 08w/。尤其是流量在 30L/h 到 60L/h 之間除垢效果增加明顯，而當(dāng)流量大于 60L/h 時(shí)，效果不是很明顯。這是由于進(jìn)料量增加后，換熱器表面的物料量也隨之增加，蒸汽能量利用的更為充分，物料液膜更新交替的頻率得到提高，液膜的湍流程度提高，對(duì)換熱效果起到積極的促進(jìn)作用，使得換熱效率得到提高。所以為了提高換熱器的傳熱效率需要控制進(jìn)料溫度在 65℃左右。K 提高到 178。從圖中可以看出在65℃之前，進(jìn)料溫度不斷升高，傳熱系數(shù)數(shù)值也不斷地提高。而這離子色譜分析儀靈敏度十分高， 而且 簡(jiǎn)化了樣品前處理手續(xù)。 ㈡ 離子色譜儀 圖 34 離子 色譜分析儀 本實(shí)驗(yàn)采用的是戴安牌離子色譜儀 （如圖 34） ，兩臺(tái)儀器分別測(cè)試溶液中含有的陰、陽(yáng)離子。重復(fù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)注射器、樣品存天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 21 放瓶等進(jìn)行標(biāo)號(hào)、分類存放，以免彼此混淆導(dǎo)致測(cè)試混亂。 ⑶ 測(cè)試純水：使用純水測(cè)試清洗設(shè)備，因?yàn)閮x器設(shè)備內(nèi)會(huì)有上次測(cè)試時(shí)的殘留物質(zhì)。即很好的保證了溶液的純度，又天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 20 不會(huì)對(duì)溶液的性質(zhì)造成影響。 無(wú)機(jī)鹽離子檢測(cè)實(shí)驗(yàn) 簡(jiǎn)易真空超濾裝置 實(shí)驗(yàn)之前，先自行制作了一個(gè)真空過(guò)濾裝置（如圖 33）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，及時(shí)準(zhǔn)確的記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 ⑶ 開(kāi)機(jī)調(diào)試：設(shè)備長(zhǎng)期不使用，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備部分老化，從外部看不出來(lái)的一些部件發(fā)生腐蝕、老化現(xiàn)象。 配比比例： 10L溶液含量計(jì)算取 CaSO4取 25g 。 在重要部件還安裝了視鏡，方便隨時(shí)觀察儀器內(nèi)部的反應(yīng)情況，這種設(shè)計(jì)方案，設(shè)備占用的空間小，整體運(yùn)行穩(wěn)定不會(huì)有偏差，底部安裝了滑輪方便移動(dòng) ，當(dāng)然這是由于現(xiàn)實(shí)狀況決定的，如果是工廠長(zhǎng)時(shí)間的使用，可根據(jù)具體情況來(lái)調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)流程圖如 31。在對(duì)所收集的樣品進(jìn)行離子檢測(cè)，清晰說(shuō)明其除垢效果。人們平常交流的聲音大約是 25 分貝，所以超聲波脈沖裝置的噪音不會(huì)造成太大的影響。原因是：當(dāng)物料在內(nèi)部流動(dòng)時(shí)，由于摩擦?xí)诮趨^(qū)域產(chǎn)生滯留層即邊界層。 超聲波 圖 22 超聲波防除垢原理簡(jiǎn)圖 除垢機(jī)理 污垢可分為硬垢（化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致的結(jié)晶、碳酸鹽類的污垢）和軟垢（一般污垢、黏著物、生物質(zhì)）兩大類。 抑制效應(yīng) 由于超聲波的存在導(dǎo)致物料的物理性質(zhì)發(fā)生改變，污垢粒子成垢能力變差，污垢成核誘導(dǎo)期縮短，刺激微小的晶體核生成，這些晶核因?yàn)槠錉?zhēng)奪水中離子的能力很強(qiáng)導(dǎo)致晶體想在換熱面成垢的幾率變小。超聲波空化作用是這些污垢粒子發(fā)生改變，降低了彼此之間的親和力?？栈箽庀喾磻?yīng)溫度達(dá) 5000K 左右 ,溶液反應(yīng)溫度達(dá) 1900K 左右，局部壓力 50MPa，溫度變化率高達(dá) 109K/S[19]。 空化效應(yīng) 空化效應(yīng)是超聲波能夠防除垢的主要原因。當(dāng)物料中的粒子位移的速度在超聲波作用下升高到一定速度時(shí)，物料中的粒子就會(huì)產(chǎn)生超聲凝聚效應(yīng)、高速漩渦效應(yīng)和剪切應(yīng)力效應(yīng)。 RW—— 換熱管導(dǎo)熱熱阻，（ m2 Ri—— 換熱管管內(nèi)總的污垢熱阻，（ m2 000 111hRRRddhKwiii ????? （ 24） hi—— 換熱管管內(nèi)部的傳熱系數(shù)， W/(m2A而減少能源消耗必須從提高能源利用率這方面著手。理所當(dāng)然，能源是人們?nèi)找骊P(guān)注的問(wèn)題也是當(dāng)前的能源形勢(shì) 也是刻不容緩和世界性難題， 而近年來(lái)我國(guó)的能源問(wèn)題尤為緊迫 [17]。 熱量之間的傳遞出現(xiàn)在大自然的每一項(xiàng)活動(dòng)中，同時(shí)它還與石油化工、食品科學(xué)、能源開(kāi)發(fā)傳遞、制冷技術(shù)等息息相關(guān)。中央循環(huán)管式蒸發(fā)器只能用于蒸發(fā)不容易出現(xiàn)污垢、不會(huì)析出大量的結(jié)晶和對(duì)設(shè)備幾乎沒(méi)有腐蝕的溶液。在對(duì)老式的蒸發(fā)室改進(jìn)的同時(shí)，它不但提高了物料在內(nèi)部循環(huán)的性能，還使得它對(duì)熱量的傳遞熊律得到提高。當(dāng)管內(nèi)的物料被加熱從而沸騰時(shí)候，管束受熱環(huán)境好于粗管內(nèi)地，管束內(nèi)汽化量較大，它內(nèi)部液體持有的汽化量就較大，同樣的物料量就會(huì)小一些，密度也會(huì)比粗的管小很多。由于這兩者之間的不同，人們給他們的定義不同，粗的管叫做中央循環(huán)管或者下降液體管。 中央循環(huán)管式蒸發(fā)器 這種中央循環(huán)管式蒸發(fā)器使用 的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，可一說(shuō)是鼻祖一般的存在，雖然使用時(shí)間長(zhǎng)，但他目前仍還沒(méi)有被淘汰，被應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)、輕工機(jī)械、環(huán)境保護(hù)等許多范圍是十分廣泛。而自然循環(huán)起步較晚，人們 對(duì)其固有的紊動(dòng)機(jī)理使得對(duì)自然循環(huán)缺乏規(guī)律性認(rèn)識(shí)，更不能像強(qiáng)迫循環(huán)那樣整理出一套完整的計(jì)算方法和公式。鑒于此，我打算通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究超聲除垢的原理，對(duì)除垢效果的主要影響因素以及其除垢效果，希望本論文能為工業(yè)生產(chǎn)提供可靠的理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以期能夠?yàn)樵黾庸I(yè)效率及社會(huì)效益出一份綿薄之力。 超聲防除垢可清除的污垢中類十分廣泛，相對(duì)于傳統(tǒng)除垢方法來(lái)說(shuō)，其除垢速度快，除垢效率高無(wú)殘留物，復(fù)雜零件中各種盲孔、夾縫中的污垢都可以清除，這些工作都不會(huì)影響到設(shè)備的正常工作，而且對(duì)設(shè)備無(wú)論內(nèi)外都不會(huì)造成傷害；與此同時(shí)，超聲除垢技術(shù)減少了用水量。同時(shí)它天津科技大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)論文 10 運(yùn)行只會(huì)消耗很小一部分電力就能偶達(dá)到目的。超聲波防除垢設(shè)備與傳統(tǒng)的方法有著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)此，也可將換熱設(shè)備換用耐腐蝕材料或者改變其結(jié)構(gòu)來(lái)降低其腐蝕效果。但根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，噪音減少的同時(shí)會(huì)影響到超聲波的空化效果，這就得不償失了。 2022 年 5 月，該站在 2*、 3*、4*以及熱洗爐進(jìn)出口分別安裝超聲波防除垢裝置。對(duì)于這種狀況，工廠起初采用機(jī)械方法除去污垢，效果緩慢不說(shuō)，還使得清洗過(guò)后這加熱設(shè)備供熱的速度減慢了，耽誤工廠正常運(yùn)作。由于以上的諸多優(yōu)點(diǎn)，被人們廣泛接受并稱之為“最高效的新技術(shù)”。由于管道及設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)送鹵水導(dǎo)致結(jié)垢問(wèn)題嚴(yán)重，換熱設(shè)備及管道也大面積腐蝕嚴(yán)重，需要大量長(zhǎng)期的更換。這些污垢層表面還易附著淤泥、微 生物等雜質(zhì)，使得換熱板間距越來(lái)越小，循環(huán)的水量也從 1700Nm3/h 左右降低到 1300Nm3/h，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)器內(nèi)部樹(shù)脂爆聚以及熔融現(xiàn)象。 針對(duì)鞍山市內(nèi) 企業(yè)換熱器污垢的治理，采用超聲波防除垢效果顯著。造成端的差大的大部分原因是因?yàn)橛糜谥貜?fù)利用中的污泥污垢、微小的生物和溶在水中的碳酸類鹽物質(zhì)以及用于給提供熱量的設(shè)備中存在的鐵銹物質(zhì)附著在冷凝器管的一側(cè)形成水垢，造成傳熱阻力變大， 相同的穿熱量在經(jīng)過(guò)這一段時(shí)端差變大許多排出的氣體溫度升高，真空度卻下降許多。 2022年安裝了 USP900 型超聲波防除垢設(shè)備后，發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)沒(méi)有新的污垢層出現(xiàn)，而且原有的污垢層也大多數(shù)都出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。 超聲波防垢除垢在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用 目 前，在中國(guó)已經(jīng)有部分發(fā)電型企業(yè)使用防除垢設(shè)備，為了防止換熱器因長(zhǎng)時(shí)間工作而產(chǎn)生的污垢，應(yīng)用超聲波除垢設(shè)備連續(xù)不間斷的工作。已經(jīng)在化工科學(xué)、醫(yī)學(xué)事業(yè)、石油行業(yè)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。 致使設(shè)備易引起金屬疲勞。 效果不明顯，易失效，同樣容 易使污垢下腐蝕設(shè)備。 需停機(jī)處理，勞動(dòng)量增大同時(shí) 清洗 對(duì)設(shè)備有損傷，同時(shí)除垢不徹 底，沉積物易腐蝕設(shè)備。 徹底，容易產(chǎn)生的垢下腐蝕。 超聲波除垢 利用超聲波來(lái)防除污垢相對(duì)于其他的除垢方法來(lái)說(shuō)，它的優(yōu)點(diǎn)在于不需要讓設(shè)備停下來(lái)進(jìn)行除垢，不需要人為的太多操作可自動(dòng)操作，省時(shí)省力又省錢，設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)太大的問(wèn)題，十分穩(wěn)定，而且超聲波防除垢不像化學(xué)藥劑除垢那樣會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，完全無(wú)污染運(yùn)行，這也很符合現(xiàn)在社會(huì)提倡的綠色生產(chǎn)，同時(shí)它運(yùn)行只會(huì)消耗很小一部分電力就能偶達(dá)到目的。清洗過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致產(chǎn)量降低。 高壓水除垢 顧名思義，高壓水噴射除垢就是利用泵產(chǎn)生高壓經(jīng)過(guò)噴嘴噴向污垢層，但這種清洗效果不是很理想，污垢層不能完全的清洗掉，與此同時(shí)還浪費(fèi)了大量的水資源，清洗后污垢也不能及時(shí)的排出。但與此同時(shí)這種在線化學(xué)除垢有著一定的弊端，它要求連續(xù)注入化學(xué)試劑，而且在用料量方面沒(méi)有一個(gè)定值，這就造成除垢效果不能得以保證。時(shí)間推移拍攝法：對(duì)于在設(shè)備表面的污垢沉積，用慢速攝像機(jī)將污垢的沉積過(guò)程拍攝下來(lái)，然后再以正常的速度播放出來(lái)，就可以在短時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到污垢的沉積過(guò)程。當(dāng)然所測(cè)得的是設(shè)備的平均污垢熱阻，如果需要測(cè)量局部的污垢熱阻可以通過(guò)需要側(cè)部位的筒壁溫度和熱通量測(cè)得 。 （ 1） 熱學(xué)法 這里主要介紹無(wú)污垢熱阻 Rf 法 [7]。 污垢層的監(jiān)測(cè) 自從 80 年代開(kāi)始，對(duì)污垢監(jiān)測(cè)的技術(shù)取得了較大的發(fā)展。加之設(shè)備在啟動(dòng)、停止期間，條件達(dá)不到規(guī)定的要求，還需要運(yùn)行一段時(shí)才能夠生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，可能造成產(chǎn)品的 質(zhì)量隨之降低。由于污垢的導(dǎo)熱率極低，當(dāng)換熱面上形成污垢，不僅使得流體與換熱面之間能量傳遞的阻力增加還降低了設(shè)備的性能與壽命。 ?換 熱設(shè)備結(jié)垢以后，換熱面的傳熱性能變差，傳熱阻力變大，而燃燒所釋放的熱量不能迅速的傳遞到指定部位，影響傳熱效果，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)或泵的耗功率增加，污垢增加必然導(dǎo)致自動(dòng)清洗設(shè)備的動(dòng)力消耗增加。傳熱系數(shù) K 越大，污垢對(duì)熱量的傳遞能力降低，阻力也會(huì)變高，阻力變高傳熱效率就會(huì)降低。而換熱面的表面一旦有了污垢，會(huì)影響到換熱效率，直接的表 現(xiàn)就是換熱額阻力增大，具體增加數(shù)值可根據(jù)式 11 計(jì)算出來(lái)，具體增加為 [3] RR ???1 f (11) 式中： Rf—— 污垢熱阻； R—— 總的傳熱熱阻； Α—— 傳熱系數(shù)。 （ 6） 混亂污垢：每一種污垢都有他們自身形成污垢的原理，雖然不盡相同，可卻是存在的。這樣的話，換熱器的污垢熱阻會(huì)受到影響，而且還會(huì)大大影響到傳熱系數(shù)，不但影響到生產(chǎn)效率，對(duì)換熱設(shè)備 還會(huì)腐蝕造成損害。 （ 4） 生物污垢：生物污垢是工業(yè)污垢的重要組成部分。在選取換熱器使用的材料時(shí)，需要根據(jù)要處理的物料來(lái)確定，這樣就不會(huì)對(duì)傳熱系數(shù)造成太大的影響。 （ 2） 化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)形成的污垢：化學(xué)反應(yīng)無(wú)處不在，物料彼此之間參與反應(yīng)很正常，這也就導(dǎo)致了物料之間反應(yīng)所產(chǎn)生的 物質(zhì)附著在換熱面上。眾所周知，中國(guó)的水質(zhì)問(wèn)題一直很嚴(yán)重不能得到改善。在 1991 年時(shí)，根據(jù)Somerscales 對(duì)換熱器中換熱板上阻礙換熱 的污垢下了一個(gè)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較嚴(yán)格的定義：凡是換熱器內(nèi)換熱面上存在的正常換熱和使得物料流過(guò)換熱面時(shí)阻力增加的物質(zhì)均為污垢 [1]。 關(guān)鍵字： 超聲 空化； 傳熱系數(shù)； 無(wú)機(jī)鹽； 響應(yīng)面分析 Abstract Ultrasonic evaporator is concentrated by evaporation using ultrasound to improve the efficiency of a new evaporation plant, which applies to all kinds of evaporation heat transfer equipment, especially the evaporator can be used easily inside the evaporator fouling materials. Since the application of ultrasound technology, there are some issues remain unresolved, there is no largescale applied to indus