1.一种氯化铵颗粒沉积特性测试装置,其特征在于:
包括空气加热系统、溶液雾化系统、测试段、换热系统、拍摄系统和废气收集器,测试段水平布置,所述空气加热系统中的出口连接测试段的水平进口,溶液雾化系统一部分安装在测试段的垂直进口内部,测试段中间安装换热系统中的换热管(14),测试段出口接入废气收集器(16),所述拍摄系统朝向测试段的石英玻璃管(5)布置并拍摄;
所述空气加热系统包括风机(1)、控制器(2)、空气加热器(3)和风速仪(4),所述风机(1)出口连接空气加热器(3)进口,空气加热器(3)出口和测试段的一端连通,同时空气加热器(3)出口设置有风速仪(4),用于调节空气加热器(3)进出口温度和出口气体流速的控制器(2)分别与风机(1)和空气加热器(3)电连接;
所述测试段包括石英玻璃管(5)、湿度器(11)、温度显示器(15)和换热管(14),石英玻璃管(5)一端和空气加热器(3)出口连接,另一端连接废气收集器(16),所述石英玻璃管(5)的上部安装有连接湿度器(11)的湿度测量探针(12),所述换热管(14)贯穿地安装于测试段,测试段中的所述换热管(14)内、外壁面均安装有连接温度显示器(15)的温度测量探针(13);
所述雾化系统包括溶液雾化器(6)和雾化喷嘴(10),雾化器(6)内存有氯化铵溶液,雾化喷嘴(10)设置在石英玻璃管(5)内,雾化喷嘴(10)经管道和耐腐蚀离心泵(8)与石英玻璃管(5)外的雾化器(6)连接,雾化喷嘴(10)和耐腐蚀离心泵(8)之间的管道设置有耐腐蚀电子流量计(9),雾化器(6)和耐腐蚀离心泵(8)之间的管道设置有第一阀门(7);
所述换热系统包括水加热器(17)和换热管(14),水加热器(17)位于测试段外,换热管(14)的一端经水泵(19)和管道与水加热器(17)一端端连接,水加热器(17)的另一端和换热管(14)的另一端连接,换热管(14)和水泵(19)之间的管道上设有温度计(20)、流量计(21),水加热器(17)和水泵(19)之间的管道上设有第二阀门(18)。
2.根据权利要求1所述的一种氯化铵颗粒沉积特性测试装置,其特征在于:
所述换热管(14)倾斜贯穿于测试段的石英玻璃管(5)布置,换热管(14)的上端作为入口经水泵(19)和管道与水加热器(17)出口端连接,换热管(14)的下端作为出口和水加热器(17)的入口端连接。
3.根据权利要求1所述的一种氯化铵颗粒沉积特性测试装置,其特征在于:
所述换热管(14)倾斜固定在石英玻璃管(5)内部,换热管(14)内部流经水,石英玻璃管(5)内有温度高于水的气体,换热管(14)外表面与石英玻璃管(5)中的热空气接触,较低温的水和较高温的空气之间换热。
4.根据权利要求1所述的一种氯化铵颗粒沉积特性测试装置,其特征在于:
所述的拍摄系统包括显微相机(22)和显示器(23),所述测试段的换热管(14)在透明的石英玻璃管(5)内部,外部的显微相机(22)朝向石英玻璃管(5)内的换热管(14)拍摄,显微相机(22)和显示器(23)之间电连接。
5.根据权利要求1所述的一种氯化铵颗粒沉积特性测试装置,其特征在于:
所述溶液雾化器(6)为用于将溶液雾化为更细小液滴的超声波雾化器。
6.根据权利要求1所述的一种氯化铵颗粒沉积特性测试装置,其特征在于:
所述换热管(14)外壁面在轴向的中点所圆周任一处设置一中心位置A1,在中心位置A1以及离中心位置A1沿轴向相距6cm的换热管(14)外壁面上的两处A2和A3、离中心位置A1沿两侧周向圆心角度60°的换热管(14)外壁面上的两处A4和A5均分别安装温度测量探针,在与外壁面的测量点A1‑A5相对应的内壁面的位置处A1’‑A5’布置用于温度Tin测量的温度测量探针。
7.应用于权利要求1‑6任一所述装置的一种氯化铵颗粒沉积特性测试方法,其特征在于,方法包括如下步骤:步骤1:开启空气加热系统,开启风机(1)的开关,调节空气加热器(3)出口的气流速度υflow,打开空气加热器(3)开关,调节控制器(2),设定空气加热器(3)内部的加热温度T加和出口温度Tflow进行工作;
步骤2:开启水加热器(17),开始对水加热,打开第二阀门(18),启动水泵(19),观察温度计(20)上面的温度示数T水,待温度示数T水达到工况温度后关闭水加热器(17),打开流量计(21),通过调节第二阀门(18)的开度大小,在流量计(21)上面观察使得调节后的水流量值Q水达到预定工况;
步骤3:观察控制器(2)上面空气加热器(3)的出口温度Tflow,待出口温度Tflow达到预定温度且稳定后,并且待温度计(20)和流量计(21)上面的水温度示数T水和水流量值Q水稳定后,记录稳定后的水温和水流量;
步骤4:等待步骤3中的示数稳定后,启动雾化系统和显微相机(22),打开第一阀门(7),启动耐腐蚀离心泵(8),溶液雾化器(6)将氯化铵溶液雾化产生雾化液滴经耐腐蚀离心泵(8)泵入雾化喷嘴(10)在石英玻璃管(5)中喷出,雾化喷嘴(10)中喷出的雾化液滴在石英玻璃管(5)中的较高温的气体中蒸发析出结晶颗粒,形成的结晶颗粒沉积在较低温的换热管(14)上形成沉积层;
通过调节第一阀门(7)的开度控制由氯化铵溶液产生雾化液滴的雾化流量Q雾,观察耐腐蚀电子流量计(9)并且记录雾化流量Q雾,打开湿度器(11)记录石英玻璃管(5)内部的湿度RH,开启显微相机(22)拍摄氯化铵结晶颗粒在换热管(14)上的沉积过程,并且开始计时;
步骤5:打开温度显示器(15),每隔相同时间段记录管热管(14)内、外壁面上各个测量点的温度Tin和Tout;
步骤6:进行多次试验,记录每次试验沉积的时长t,且待每次试验结束后取下换热管(14),称量上面结晶颗粒的沉积量m,计算不同位置的沉积层的厚度r(t)和沉积速率 ,获得不同位置的沉积层中的结晶颗粒分布情况;
步骤7:按照步骤1‑6的实验过程,调节气体流速υflow、水加热器(17)的温度示数T水和改变雾化器(6)中溶液的浓度来改变湿度RH,进行不同工况下结晶颗粒沉积情况的测试。
8.根据权利要求7所述的一种氯化铵颗粒沉积特性测试方法,其特征在于:
测试过程中,根据换热管(14)外、内壁面测量获得的温度、空气加热器(3)的出口温度按照以下公式处理获得换热管(14)上的t时刻温度测量探针(13)表面的沉积层的厚度r(t):;
式中,r(t)为t时刻表面的沉积层的厚度,Tflow为空气加热器(3)的出口温度,Tout、Tin分别为在换热管(14)外、内壁面上温度测量探针测量获得的温度,R为换热管(14)外、内壁面之间的厚度;λa、λw分别为沉积层和温度测量探针的热传导系数,K表示热传导厚度,实验开始时假定K为1,初步实验后标定K值。