本發明涉及換熱設備表面顆粒污垢導熱系數領域，是一種顆粒污垢等效導熱系數的計算方法，其特點是：采用顆粒污垢表面孔隙率的計算、顆粒污垢輪廓曲線分形維數的確定和將計算的顆粒污垢表面孔隙率和顆粒污垢輪廓曲線分形維數代入顆粒污垢等效導熱系數表達式，計算出顆粒污垢等效導熱系數的技術方案，具有方法科學合理，適用性強，可靠性高，成本低，效果佳等優點，使得顆污垢表面研究更加的精確和規范，從而更加深刻的揭示熱量在顆粒污垢中的傳遞機理，為減小垢害奠定依據。

技術領域

本發明涉及換熱設備表面顆粒污垢導熱系數領域，是一種顆粒污垢等效導熱系數的計算方法。

背景技術

換熱設備是工業生產和日常生活中經常使用的設備之一，目前，世界各個國家的工業運行都存在著不同程度的污垢難題，換熱設備的運行由于表面沉積污垢，使得設備換熱能力惡化，嚴重時會加快換熱設備的老化，縮短換熱設備的使用壽命，甚至會影響換熱設備的安全運行。大大降低了換熱設備的經濟性，增大了運行成本，造成了很大的能源浪費。因此，對污垢導熱系數進行計算，可為換熱設備設計時污垢的導熱系數選取和換熱面積確定提供參考，也為降低垢害奠定理論依據。

顆粒污垢表面是具有非常明顯的不規則性和復雜性，顆粒污垢內部存在孔隙，可以認為顆粒污垢是由許多固體骨架和骨架間的孔隙所組成的一種多孔介質，污垢導熱系數難以獲得或誤差很大。如今污垢熱阻的計算只能依靠熱學法和非傳熱學法。非傳熱學法缺點是方法復雜，成本很高。熱學法以發明專利201210109422.3為例，該專利提出一種污垢熱阻及導熱系數的測量裝置及方法。但該方法主要缺點是沒有考慮污垢的復雜結構，不能真實的反映出污垢實際的導熱系數，計算數據不可靠。

發明內容

針對現有的對污垢熱阻的測量成本高、數據不可靠的問題，本發明基于分形理論，考慮顆粒污垢的多孔結構和孔隙輪廓線的分形維數，提出一種科學合理，適用性強，可靠性高，效果佳的顆粒污垢等效導熱系數的計算方法，使得顆污垢表面研究更加的精確和規范，從而更加深刻的揭示熱量在顆粒污垢中的傳遞機理，為減小垢害奠定依據。

本發明所采用的技術方案是：一種顆粒污垢等效導熱系數的計算方法，其特征在于：基于分形理論，考慮顆粒污垢的多孔介質特性，建立顆粒污垢多孔介質并聯通道導熱模型，計算出顆粒污垢等效導熱系數，它包括以下步驟：

1)顆粒污垢表面孔隙率的計算；

2)顆粒污垢輪廓曲線分形維數的確定；

3)將所述步驟1)和步驟2)中計算的顆粒污垢表面孔隙率和顆粒污垢輪廓曲線分形維數代入顆粒污垢等效導熱系數表達式，計算出顆粒污垢等效導熱系數，

所述步驟1)中，孔隙率計算為式(1):

式中：φ為孔隙率，S₀為污垢孔隙面積，S為污垢面積；

所述步驟2)中，根據Mandelbrot的分形理論，得式(2):

式中：L_E為曲線L的歐氏長度，L_H為曲線L的Hausdorff長度，α為比例尺度，D_L為曲線L的分形維數；

對Mandelbrot的分形理論式(2)進行變形，得式(3):

式中：L_E為曲線L的歐氏長度，L_H為曲線L的Hausdorff長度，α為比例尺度，D_L為曲線L的分形維數；

在式(3)中,如果α為圓規的間距，則L_E視為間距為α的圓規所測得的L的總長度，L_E/α為以α為步長，測得L時所得到的步數，記做式(4)：