【正文】 由于其擁有這個優(yōu)勢，現(xiàn)在許多非線性的實驗設計都采用這種方式。 表 31 中心復合實驗設計數(shù)據(jù)記錄 標準序號 實驗序號 蒸發(fā)溫度 處理量 功率密度 傳熱溫差 傳 熱系數(shù) 17 24 65 35 30 1 1 70 30 25 3 2 70 40 25 1036 5 3 70 30 25 1037 7 4 70 40 25 9 5 70 30 35 11 6 70 40 35 13 7 70 30 35 15 8 70 40 35 19 9 75 20 30 20 10 75 45 30 21 19 75 35 0 30 22 20 75 35 30 23 21 75 35 20 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 26 24 22 75 35 40 675 25 23 75 35 30 26 26 75 35 30 27 27 75 35 30 926 28 28 75 35 30 29 29 75 35 30 30 30 75 35 30 31 31 75 35 30 2 11 80 30 25 4 12 80 40 25 6 13 80 30 25 8 14 80 40 25 10 15 80 30 25 12 16 80 40 35 14 17 80 30 35 16 18 80 40 35 18 25 85 35 30 中心復合法實驗設計優(yōu)勢 實驗設計概述 中心復合實驗設計是在二水平全因子和分步驟實驗設計的基礎上衍生出來的一種新的實驗設計方法，他是二水平全因子和分步驟實驗設計的拓展。 但隨著超聲波功率密度的增加，換熱管內(nèi)的空化效果減弱，導致空化氣泡的運動得到抑制，所以換熱效率提高的不太明顯。在相同的時間段內(nèi)，氣泡的形成數(shù)量及氣泡的生成速度增加。 這是因為超聲波對空化作用下的氣泡的氣泡核起到了拉伸、壓縮的作用 。這是因為，超聲波功率密度不斷地的增加，超聲波空化效果提高，換熱管內(nèi)正在空化的氣泡在不停的震動以及自身的崩破 所產(chǎn)生的微射流對換熱管表面產(chǎn)生清洗作用，增加了換熱管表面的清潔程度，使換熱管表面的老化速度得以減慢，對設備有保護作用，在保護的同時還能提高傳熱效率。 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 24 圖 37 傳熱溫差對 傳熱系數(shù)的影響 超聲波功率密度對傳熱系數(shù)的影響 圖 38 給出保證蒸汽的溫度為 100℃，進料溫度為 500℃，物料的流量為 60L/h，超聲式蒸發(fā)器傳熱效率隨著超聲波功率密度的變化趨勢。無論傳熱溫差如何變化，有超聲波時的傳熱系數(shù)都是隨著其變化趨勢而改變的。由圖中可以看出，當有超聲波存在時，傳熱溫差對超聲式蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的影響也同樣相同。但是隨著傳熱溫差的繼續(xù)增大，由核態(tài)沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)槟Ｊ椒序v。由圖可以看出，超聲波蒸發(fā)器的傳熱系數(shù)隨著傳熱溫差的增大先是緩慢減小，隨后突然減小。而當流速增加到一定值時，物料在換熱器內(nèi)湍流效果增加，空化效果 作用降低，使得除垢效果不是很明顯。這是因為流量增加后流速同樣增加，這就加大了機械作用對污垢的清洗效果。但由圖可以看出隨著流量的增大，超聲波除垢效率隨之增加。而觀察圖表可以看出，在超聲波功率密度為 時的傳天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 23 熱系數(shù)比超聲波功率密度為 0 時的 傳熱系數(shù)時要高許多。由圖可以看出，在其他條件不變的情況下，隨著進料流量的增加傳熱系數(shù)也隨之增加。這時也是超聲波的峰值，對提高傳熱效率效果明顯。由圖中可以明顯的看出當有超聲波頻率時，傳熱系數(shù)明顯大于沒有超聲波時候的傳熱系數(shù)，由傳熱系數(shù)的變化趨勢來說，當進料溫度大于 65℃時，無論是否存在超聲波，傳熱系數(shù)明顯有所下降。這是因為隨著進料溫度的升高，蒸發(fā)面表面上的濕潤率也隨之增加，對提高傳熱效率起到促進作用。 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 22 單因素實驗結(jié)果與分析 進料溫度對傳熱系數(shù)的影響 圖 35 給出流量為 60L/h， 傳熱溫差為 50℃，超聲波功率分別在 0 和 時，超聲波蒸發(fā)器在蒸發(fā)過程中進料溫度對傳熱系數(shù)的影響。溶解、稀釋、和過濾是 IC 中 樣品前處理的主要內(nèi)容 [20]。 本實驗 離子的分離需 要 30min。離子色譜儀速度十分快捷，也很方 便。 ⑺ 數(shù)據(jù)導出：根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分類標出，進行比較，導出備用。對實驗結(jié)果同樣采用標號存儲 便于試驗結(jié)束后的整理分析。 ⑸ 重復實驗：注意操作時，時刻保持注射器頂端不會觸碰到其他物體（廢液回收瓶等），以免污染樣品從而影響測試結(jié)果。 30min 后查看繪制曲線可知儀器內(nèi)殘留的物質(zhì)，如果殘留物對實驗研究沒有影響可直接進行實驗 ；若儀器內(nèi)殘留物會影響到實驗測試結(jié)果，對設備多次清洗，直到滿足實驗要求為止。 ⑵ 開機調(diào)試：離子色譜儀開機后需要調(diào)試，將設備調(diào)至最佳使用狀態(tài)。好的實驗準備對實驗能夠順利完成起到很重要的作用。這個過濾膜可以將 微米以上的雜質(zhì)過濾出去。將 燒杯等按圖中連接起來，在一邊連接一個小型真空泵，真空泵不斷地改變燒杯中的壓強，溶液在壓力差的作用下，通過過濾膜流到下面燒杯中從而達到過濾的目的。 ⑻ 實驗結(jié)束：實驗結(jié)束后要對設備進行清洗，維護保養(yǎng)設備。 ⑹ 取樣：分別對每一組實驗所得的二次蒸汽與濃縮液采樣處理，并取樣對其進行比較，測定其 PH 值。 ⑸ 開始實驗：按照實驗設計對實驗過程中的因素調(diào)配并進行實驗，密切關注實驗過程中物料的變化以及設備的運行情況，時刻關注壓力鍋爐的壓力值，一旦超標立即停止實驗，調(diào)整后在進行。開機進行調(diào)試，在加入物料之前先加入純水對設備內(nèi) 部進行測試的同時加以清洗。 ⑵ 設備檢查：對設備外部進行檢查，查看是否有部位出現(xiàn)松動等跡象，并檢查設備的安全性。 ZnSO4取 50g 。內(nèi)部含有的離子為四種陽離子及硝酸 根和硫酸根兩種陰離子。除此之外還有相配套的輔助設備如：小型鍋爐、水箱、真空泵、冷凝器等，部件眾多，可安排的十分合理，在達到提高蒸發(fā)換熱效率的同時又節(jié)約了很大的空間。 圖 32 超聲波蒸發(fā)器 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 19 本實驗使用的是一種超聲蒸發(fā)裝置 ,主要結(jié)構(gòu)有：超聲波發(fā)生器及控制系統(tǒng)、中央循環(huán)管式蒸發(fā)器、冷凝器、二次水蒸汽儲罐、濃縮液儲罐等等 。 7 水箱 1 12 視鏡 1 1 收集罐 圖 31 超聲式蒸發(fā)器 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 18 該裝置的主要部件為： ：對物料先進行加熱，使物料達到預先的溫度后進入到蒸發(fā)器 中的裝置 ； ：將加熱好的物料通過此裝置運送到指定位置而不受位置、壓力等影響 ； ：因為本實驗需要進入物料的量會發(fā)生變化，所以加此裝置 ； ：本實驗采用的是中央循環(huán)管式蒸發(fā)器，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，穩(wěn)定可靠 ； ：小型蒸汽鍋爐為蒸發(fā)傳熱提供穩(wěn)定的蒸汽 ； ：能夠通過壓力將水蒸汽穩(wěn)固的送到循環(huán)管式蒸發(fā)器內(nèi)部 ； 7 水箱：為蒸汽鍋爐和冷凝器提供水； ：將二次蒸汽冷凝到水的狀態(tài)； ：便于觀察二次蒸汽冷凝水的量； 1 12 視鏡：便于觀察濃縮液流量及內(nèi)部； 凝罐：用于收集二次蒸汽冷凝水； 1 ：用于收集蒸發(fā)后的濃縮液； 1 ：用于收集二次蒸汽冷凝水； ：真空泵用于使管內(nèi)的壓強達到預定壓強。 實驗流程 本實驗采用學校自主研發(fā)的超聲式蒸發(fā)器。 無機鹽超聲蒸發(fā) 實驗 實驗目的 本實驗采用四因素軸點分布實驗，通過對下列因素的改變從而改變所得的二次蒸汽量及濃度的變化以及濃縮液的濃度變化，來確定超聲波蒸發(fā)除垢性能的效果。首先利用超聲式蒸發(fā)器對鹽溶液進行蒸發(fā)實驗，采用 MPJ 軸點分布實驗與中心復合實驗設計方法，分別進行實驗、采樣。而其除垢過程中的電磁波頻率在 20KHZ 左右，比電磁波干擾限制 100KHZ 要小很多，而且超聲波發(fā)生器外還有屏蔽裝置，可以屏蔽部分電磁波，所剩余的電磁波對人體完全沒有傷害。 熱效應 空化效應 機械效應 溶液主體 擴散層 固液界面 固體表面 超聲波 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 16 對人體無害 超聲波脈沖裝置會產(chǎn)生噪音，噪音的分貝大約為 12 分貝。由于滯留層物料自身的傳熱效率低于換熱器表面導致?lián)Q熱效率降低。 另一方面，無論換熱器內(nèi)是否存在污垢層，超聲波都能提高傳熱效率。 硬質(zhì)污垢的除垢機理 超聲波發(fā)生器發(fā)出的脈沖在換熱管和污垢層中傳播時候，由于其載體物理性質(zhì)不同，兩者之間產(chǎn)生了相對剪切力，致使污垢層發(fā)生軟化、脫落。當超聲波輻射在換熱器表面和污垢表面上時，由于兩者的表面不同造成其速度不同，在污垢層和換熱管換熱面上形成相互作用的剪切力，這些剪切力對污垢產(chǎn)生作用使其逐漸變軟，從而慢慢掉落。大大的減少了附著在換熱面表面的成垢離子量，從而減少了污垢粒子的沉積速率。而分解的氫氧根離子可以和污垢相互作用形成很多的配合物（ CaoH+,MgoH+），而這些配合物可以增加對水的溶解能力，污垢在水中的含量得到提高。在超聲波作用下，污垢只能析出粉末狀的污垢微粒，不能結(jié)塊結(jié)垢。物料中污垢微粒在空化作用中起到空化核的作用，而這些微粒又在空化作用下逐漸破碎、細化。這樣可使媒質(zhì)在空化氣泡內(nèi)發(fā)生化學鍵破裂、水相燃燒或熱分解，并可促進均相界面的擾動和相界面的更新，從而加速界面間的傳質(zhì)和傳熱過程。由于空化氣泡的壽命極短（約 ）可產(chǎn)生高速（約 110m/s）的微射流，、碰撞密度高達 ，產(chǎn)生高電流，并伴有強烈的沖擊波。物料中的微小氣泡核在超聲波作用下發(fā)生震動，當聲壓達到一定值時發(fā)生振蕩、生長、收縮乃至崩潰的一系列動力學過 程。對物料進行強烈的干擾，造成對流過程中的熱運輸，能夠顯著增加物料和換熱器表面的熱交換。而這些由超聲波產(chǎn)生的效應會達到防除垢的目的。 超聲波防除垢技術原理 超聲波在物料中傳播時，超聲波可以使物料微粒產(chǎn)生受迫震動， 從而使粒子之間相互作用。 K） /W。 K） /W。 K） /W。 K） 。 K) 。ν (22) 上述式中： Q—— 總的能量 K—— 傳熱系數(shù) A—— 傳熱面積 △ T—— 溫差 ρ—— 物料的密度 γ—— 汽化潛熱 ν—— 二次蒸汽冷凝水的量 由（ 21）、（ 22）可得， ???? ??? ??? TAK (23) 天津科技大學 2022 屆本科生畢業(yè)論文 14 公式（ 23）可用于對實驗數(shù)據(jù)的處理及對傳熱系數(shù)的研究?！?T (21) Q=ρ Q=K我國工業(yè)上的能源消耗主要是換熱器傳遞能量時消耗的能量。 表 21 2022 年世界上主要的國家的能源結(jié)構(gòu)及對其利用率比較 國家 能源消費總量（百萬噸油當量， Mtoe） 能源利用效率（ ％ ） 中國 美國 日本 德國 印度 俄羅斯 澳大利亞 巴西 世界平均 由上表可以看出，我國的能源現(xiàn)狀十分緊張。能源的消耗不僅嚴重影響我國的經(jīng)濟發(fā)展，還使環(huán)境承受著巨大壓力。能源是人類賴以生存的條件，支持著人類的各項生活社會活動。而隨著社會不斷地發(fā)展，人們?yōu)榱颂旖蚩萍即髮W 2022 屆本科生畢業(yè)論文 13 提高生活水平，不斷地想要提高能量、熱量的利用率。 度）。這種蒸發(fā)器的換熱面積可達到幾百百平方米，傳熱