[发明专利]一种颗粒污垢等效导热系数的计算方法

说明书

本发明涉及换热设备表面颗粒污垢导热系数领域，是一种颗粒污垢等效导热系数的计算方法，其特点是：采用颗粒污垢表面孔隙率的计算、颗粒污垢轮廓曲线分形维数的确定和将计算的颗粒污垢表面孔隙率和颗粒污垢轮廓曲线分形维数代入颗粒污垢等效导热系数表达式，计算出颗粒污垢等效导热系数的技术方案，具有方法科学合理，适用性强，可靠性高，成本低，效果佳等优点，使得颗污垢表面研究更加的精确和规范，从而更加深刻的揭示热量在颗粒污垢中的传递机理，为减小垢害奠定依据。

技术领域

本发明涉及换热设备表面颗粒污垢导热系数领域，是一种颗粒污垢等效导热系数的计算方法。

背景技术

换热设备是工业生产和日常生活中经常使用的设备之一，目前，世界各个国家的工业运行都存在着不同程度的污垢难题，换热设备的运行由于表面沉积污垢，使得设备换热能力恶化，严重时会加快换热设备的老化，缩短换热设备的使用寿命，甚至会影响换热设备的安全运行。大大降低了换热设备的经济性，增大了运行成本，造成了很大的能源浪费。因此，对污垢导热系数进行计算，可为换热设备设计时污垢的导热系数选取和换热面积确定提供参考，也为降低垢害奠定理论依据。

颗粒污垢表面是具有非常明显的不规则性和复杂性，颗粒污垢内部存在孔隙，可以认为颗粒污垢是由许多固体骨架和骨架间的孔隙所组成的一种多孔介质，污垢导热系数难以获得或误差很大。如今污垢热阻的计算只能依靠热学法和非传热学法。非传热学法缺点是方法复杂，成本很高。热学法以发明专利201210109422.3为例，该专利提出一种污垢热阻及导热系数的测量装置及方法。但该方法主要缺点是没有考虑污垢的复杂结构，不能真实的反映出污垢实际的导热系数，计算数据不可靠。

发明内容

针对现有的对污垢热阻的测量成本高、数据不可靠的问题，本发明基于分形理论，考虑颗粒污垢的多孔结构和孔隙轮廓线的分形维数，提出一种科学合理，适用性强，可靠性高，效果佳的颗粒污垢等效导热系数的计算方法，使得颗污垢表面研究更加的精确和规范，从而更加深刻的揭示热量在颗粒污垢中的传递机理，为减小垢害奠定依据。

本发明所采用的技术方案是：一种颗粒污垢等效导热系数的计算方法，其特征在于：基于分形理论，考虑颗粒污垢的多孔介质特性，建立颗粒污垢多孔介质并联通道导热模型，计算出颗粒污垢等效导热系数，它包括以下步骤：

1)颗粒污垢表面孔隙率的计算；

2)颗粒污垢轮廓曲线分形维数的确定；

3)将所述步骤1)和步骤2)中计算的颗粒污垢表面孔隙率和颗粒污垢轮廓曲线分形维数代入颗粒污垢等效导热系数表达式，计算出颗粒污垢等效导热系数，

所述步骤1)中，孔隙率计算为式(1):

式中：φ为孔隙率，S₀为污垢孔隙面积，S为污垢面积；

所述步骤2)中，根据Mandelbrot的分形理论，得式(2):

式中：L_E为曲线L的欧氏长度，L_H为曲线L的Hausdorff长度，α为比例尺度，D_L为曲线L的分形维数；

对Mandelbrot的分形理论式(2)进行变形，得式(3):

式中：L_E为曲线L的欧氏长度，L_H为曲线L的Hausdorff长度，α为比例尺度，D_L为曲线L的分形维数；

在式(3)中,如果α为圆规的间距，则L_E视为间距为α的圆规所测得的L的总长度，L_E/α为以α为步长，测得L时所得到的步数，记做式(4)：