热泵工况下再生水在换热表面形成混合污垢的动态变化过程研究

在当前节能减排大趋势下，可实现污水资源化、余热回收利用的再生水源热泵供暖制冷技术拥有广阔应用前景。由于水质复杂性所导致的换热设备内严重的污垢问题，是再生水源热泵实际应用和科学研究中所面临的核心问题。前期研究表明，热泵工况下再生水在换热表面上形成的污垢是以微生物垢为主的混合污垢，水中微生物与无机致垢成分间交互作用及系统运行参数是影响致垢成分向换热面传质过程的主要因素。本项目以热泵工况下再生水换热面上混合污垢形成过程为研究对象，通过系统性实验结合数值方法分析成垢初期不同流速、温度、壁面形状及钙离子浓度条件下成垢动态行为、污垢物性参数变化，以研究微生物、钙离子、沙砾三关键致垢因素交互作用下混合污垢微观形貌、空间结构、组成特性为突破点，探讨混合污垢形成过程中无机及有机致垢物质传质机制，促进对以微生物垢为主的混合污垢的科学认识，可在再生水热能回用领域形成支撑防垢、抑垢、除垢技术的理论基础。

本项目针对污水水质复杂性所导致的换热设备严重污垢这一再生水源热泵系统的核心问题，主要围绕城镇再生水热能回用过程中换热面上混合污垢形成规律、交互作用机制和再生水致垢参数体系进行了实验研究、理论分析和模型研究。提出了质量-结构-热阻结合的换热面污垢形成过程综合表征实验方法，搭建了可控水质换热面混合污垢形成行为研究实验台，可实现再生水水质模拟、污垢原貌观察与测量、原位物性分析以及污垢热阻与流阻测定。利用上述实验系统，对热泵工况下再生水换热表面混合污垢形成过程进行了系统化实验，分析了成垢过程中不同流速、温度、壁面形状及钙离子浓度条件下的成垢动态行为和污垢物性参数变化，获得了微生物、钙离子、沙砾三个关键致垢因素交互作用下混合污垢微观形貌、空间结构、组成特性，揭示了换热面污垢形成过程中污垢质量-结构-热阻时变对应规律和作用机制。初步建立了包含微生物污垢与析晶污垢、微生物污垢与颗粒污垢间交互作用的混合污垢生长模型。本项目探讨了混合污垢形成过程中有机及无机致垢成分传质机制，促进了对以微生物垢为主的混合污垢的科学认识，为再生水余热回收提供了防垢、抑垢、除垢技术的理论基础。本项目目前发表学术论文14篇。其中被SCI收录4篇，被EI收录6篇。已授权国家发明专利2项，公开国家发明专利4项。