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微生物污垢广泛存在于工业循环冷却水系统、饮用水系统及海水系统的各种设备表面及内部。在工业循环冷却水系统中,微生物污垢的形成会降低换热设备的换热效率,造成了极大的能源浪费。温度梯度的存在使得换热设备上的微生物污垢的形成更加复杂,使得换热设备上微生物的抑制和清除较为困难,但是改性表面技术能够有效地抑制微生物的形成。本课题以厚度为0.5 mm的Q235碳钢为实验基材,将Q235碳钢切割成尺寸为30 mm×30 mm的碳钢片,通过化学镀工艺制备Ni-P-PTFE改性表面,对改性表面进行元素含量和表面形貌分析。随后利用清洗实验测试了Ni-P-PTFE改性表面与碳钢结合的稳定性,结果表明Ni-P-PTFE改性表面与碳钢基材结合良好,能够应用在实际中。通过改变Ni-P-PTFE改性表面配方中表面活性剂的含量,制备出表面能不同的Ni-P-PTFE改性表面。结果表明:随着表面活性剂含量的增加,PTFE纳米粒子含量增加,Ni-P-PTFE改性表面的表面能下降。以铁细菌作为致垢菌种,通过微生物静置实验研究Ni-P-PTFE改性表面的抗垢耐蚀性能和改性表面的表面能对铁细菌污垢沉积量的影响。结果表明,试片表面的污垢沉积量先减少后增大。表面能为32 mJ/m~2的Ni-P-PTFE改性表面与碳钢相比,Ni-P-PTFE改性表面污垢沉积量减少97.97%,腐蚀失重量减少96.56%。以蒸馏水为工质,通过流动换热实验台研究Ni-P-PTFE改性表面对换热系数的影响。结果表明:施加Ni-P-PTFE改性表面后减少的换热系数约为总换热系数的4.59%~9.24%。随后对流动换热下的Ni-P-PTFE改性表面的抗垢耐蚀性进行了研究。Ni-P-PTFE改性表面污垢热阻渐近值小于碳钢表面,在流动换热条件下Ni-P-PTFE改性表面具有良好的抗垢耐蚀性。最后研究低温介质流速、温度和浓度对Ni-P-PTFE改性表面的污垢影响规律。结果表明:随着流速的增加,低温介质对换热面壁面的剪切力增加,剥蚀率增加而沉积率下降,Ni-P-PTFE改性表面的污垢诱导期增长,污垢热阻渐近值降低。当铁细菌浓度增加时,污垢热阻渐近值增大,但是由于生物的竞争,污垢诱导期变短。在合适的温度范围内,随着铁细菌悬液入口温度的升高,污垢热阻渐近值先较少后增大。