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热泵热水系统具有高能效的优点,其供热的热量来源主要是来自自然环境中的太阳能、空气、地下水等,不会对环境造成污染。采用热泵热水系统供暖供热水是一种低能耗且环保的方法,具有良好的经济和社会效益。然而,热泵的换热表面容易结垢,污垢会导致换热器的换热效率降低,使系统运行不稳定,减少换热器的使用寿命,成为热泵发展的一个重大障碍。
本文采用化学复合镀的方法对铜管进行表面处理,降低铜管表面的表面能,减少表面结垢的发生。实验在既定的工艺条件下,以聚四氟乙烯(PTFE)乳液作为工艺参数变量,制备8组Ni-P-PTFE化学复合镀层铜管试件。
利用模拟硬水恒温加热的方法测试Ni-P-PTFE化学复合镀层和铜管的阻垢性能。实验结果显示:随着加热温度升高,各试件表面的结垢量增加。温度升至75℃时,Ni-P-PTFE复合镀层表面结垢量远小于铜管表面,各镀层的阻垢性能也出现明显差异;实验中发现,污垢在试件表面的结垢过程主要分为三个阶段:诱导期,污垢生长过程和污垢脱离过程;而Ni-P-PTFE复合镀层的阻垢性能主要受制于镀层中PTFE的含量,随着PTFE质量分数增加,镀层表面的结垢诱导期延长同时能有效减少污垢在试件表面的形成,镀层的阻垢性能增强。污垢对导热的影响方面,镀层表面污垢产生的热阻只有6.47×10-4~1.97×10-3m2·K/W,相比铜管表面热阻减少了71.9%~94.3%,可见Ni-P-PTFE复合镀层能有效降低污垢对换热管导热性能的影响。
利用热阻法测量Ni-P-PTFE化学复合镀层的导热系数并分析了镀层成分的变化对镀层导热系数的影响。由Wilson plot计算得到的结果分析,镀层的导热系数随PTFE质量分数的增加而下降,而C元素质量分数的增加则会促进镀层的导热系数的上升,两者相互作用制约着Ni-P-PTFE化学复合镀层的导热系数。同时,由于镀层厚度很小,其产生的热阻只在9.91×10-5~2.03×104 m2·K/W间变化,相比纯铜管,镀层铜管的整体导热系数削减仅为11.77%~20.88%,依然保持着高导热系数(314.88~357.55W/(m·K))。
制定镀层的阻垢以及导热综合性能指标,经过筛选后得出:在既定的实验条件下,PTFE乳液浓度取11 ml/L时,所得到的Ni-P-PTFE化学复合镀层铜管具有最佳的阻垢导热综合性能:阻垢率为94.79%,在阻垢效果明显的同时,导热系数下降率只为13.43%,仍保持高导热系数356.89W/(m·K)。