馬廣興 ，孫煜光 ，杜 聰 ，武振東 ，楊偉杰

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學 土木工程學院，呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)土木工程結構與力學重點實驗室，呼和浩特 010051）

0 引言

在北方清潔供暖和燃煤散燒治理的背景下［1］，空氣源熱泵（ASHP）廣泛應用于建筑供暖和生活熱水［2］?？諝庠礋岜眠\行能耗高低和使用壽命的長短直接影響清潔供暖和燃煤散燒治理的社會效益和環(huán)保效益?？諝庠礋岜玫氖彝鈸Q熱器工作時會出現(xiàn)臟堵、結霜、磨損等現(xiàn)象，尤其在西北地區(qū)常年多風沙［3］，其換熱器的表面磨損嚴重，導致空氣源熱泵的運行能耗增加，使用壽命減少。為了降低空氣源熱泵運行能耗，國內(nèi)外學者對ASHP的臟堵、結霜問題進行了大量卓有成效的研究。AHN等［4］實測得知室外換熱器的臟堵會使ASHP的換熱能力下降10%～15%，阻力增加44%，COP衰減20%以上；姚楊等［5］通過搭建模擬室外工況的ASHP系統(tǒng)，研究了不同換熱器堵塞面積下機組的動態(tài)性能變化趨勢；梁媛媛等［6］發(fā)現(xiàn)當換熱器翅片表面霜層厚度達到0.4 mm時，換熱器的有效換熱面積下降18%左右，換熱效率下降17.42%～24.78%；WANG 等［7］的研究表明，霜層的大面積覆蓋會使機組的COP降低35%～60%，同時還會引起誤除霜等現(xiàn)象的發(fā)生，導致機組COP與換熱效率下降，運行能耗增加?，F(xiàn)有研究多為空氣源熱泵臟堵和結霜對運行能耗影響方面，空氣源熱泵室外換熱器的磨損研究鮮有報道。沖蝕磨損是由于壁面的變形或破裂而從壁面去除材料的過程，長時間的沖蝕行為會導致?lián)Q熱器運行性能下降，縮短其使用壽命。在ASHP系統(tǒng)中，換熱器沖蝕磨損是由氣流中夾帶的固體顆粒對翅片以及換熱管表面的沖擊行為所引起的。

本文以空氣源熱泵用平直管翅式換熱器為研究對象，利用FLUENT計算軟件，采用DPM Erosion計算模型，以氣流速度、顆粒物粒徑和濃度為輸入?yún)?shù)，對平直管翅式換熱器表面沖蝕磨損行為進行數(shù)值模擬研究，分析不同影響因素下平直管翅式換熱器沖蝕磨損的分布規(guī)律，為延長空氣源熱泵換熱器的使用壽命提供參考。

1 幾何模型

1.1 模型建立

針對典型狹窄過流通道的平直管翅式換熱器展開研究［8-13］，結果表明氣體在通過管翅式換熱器六排管束后的流態(tài)趨于穩(wěn)定，因此，將平直管翅式換熱器實體模型簡化為一個6根平行叉排管束和相鄰兩葉翅片組成的進氣單元模型，該模型換熱管部分的邊緣管束為半圓，中間管束為整圓，具有周期性，如圖1所示。該模型可以表征空氣源熱泵換熱器內(nèi)氣體流動規(guī)律。

1.2 計算域和網(wǎng)格

計算域分為3部分：入口段、管翅段和出口段。在換熱器管翅段沿流體流動方向設置3個直徑D為7.6 mm的圓形管道內(nèi)孔，6個相同直徑的半圓形管道邊界孔，表示換熱器中的換熱管，換熱管之間的縱向間距S1為9.5 mm，橫向間距S2為10 mm。為滿足入口段氣流均勻且出口段沒有回流，計算域入口段長為6D，出口段長為8D。

計算模型采用四面體網(wǎng)格，在每個換熱管外圓周布置不少于380個節(jié)點，計算域中加入網(wǎng)格尺寸函數(shù)控制。初始網(wǎng)格間距設置為0.02 mm，最大間距為 0.1 mm［14］，增長因子為 1.3，最終劃分網(wǎng)格數(shù)為103萬，單元數(shù)為34萬；同時對流體壁面進行了膨脹層的設定，使壁面附近邊界層的Y PLUS值約等于1。以換熱器換熱管表面的平均沖蝕率為特征，進行了網(wǎng)格的無關性驗證，測試了10～150萬數(shù)目的計算網(wǎng)格，得出換熱管表面平均沖蝕率與網(wǎng)格數(shù)量的關系，如圖2所示。模擬結果表明，103萬和150萬數(shù)目的網(wǎng)格磨損變化率小于0.05%。因此，103萬計算網(wǎng)格的模型數(shù)值解獨立于網(wǎng)格。

圖2 平均沖蝕磨損率與網(wǎng)格數(shù)量的關系Fig.2 Relationship between average erosion wear rate and number of grids

2 物理模型

假定流場中氣固兩相混合物為不可壓縮的理想狀態(tài)，在換熱器受限空間流動的氣固兩相流固相粒子對換熱器表面沖蝕和磨損的數(shù)值計算，涉及灰塵顆粒湍流模型和粒子沖蝕換熱器表面的模型。

氫氣吸入——氫氣治療的傳統(tǒng)手段。氫氣是小分子氣體，最直接的使用方法是經(jīng)呼吸道吸入，通過肺泡的換氣作用可迅速經(jīng)血液循環(huán)到達機體各個部位。因此，氫氣吸入作為一種疾病治療手段較早地出現(xiàn)在氫氣醫(yī)學領域。研究發(fā)現(xiàn)，吸入低濃度氫氣能夠改善腦、心臟、肺以及腸道等臟器的缺血再灌注損傷。在臨床上，長期臥床的病人常常會出現(xiàn)機械通氣肺損傷，主要由呼吸機的使用引起，如果通氣中給予低濃度的氫氣可以有效減少這種損傷并且能夠改善氣體交換。此外，吸入低濃度氫氣還可以降低腫瘤化療過程中的副作用，例如聽力損失。目前，氫氣吸入不僅僅可以在醫(yī)院內(nèi)實現(xiàn)，家庭制氫儀也已經(jīng)問世，人們可以足不出戶進行日常保健或者疾病治療。

2.1 灰塵顆粒湍流模型

狹窄過流通道內(nèi)流場處于湍流狀態(tài)，管壁附近的灰塵顆粒受到氣流剪切力所帶來的影響，因此采用SST k-ω湍流模型［15］?；覊m顆粒粒徑分布使用 Rosin-Rammler函數(shù)［16］，模擬真實風沙環(huán)境顆粒物粒徑分布狀態(tài)。實際大氣中灰塵顆粒的體積分數(shù)較小，通常低于10%［17］，因此采用DPM離散相模型，忽略顆粒物之間的相互作用，且不考慮離散相對連續(xù)相的影響。引入Lagrange方法計算每個離散相粒子的運動軌跡，顆粒物的作用力平衡方程為：

我國幅員遼闊，不同地區(qū)礦產(chǎn)資源的成分不同，水泥的生產(chǎn)工藝不盡相同，生產(chǎn)的水泥品種也不同；同一強度等級的水泥，熟料的礦物組成也可能存在較大差異。這些差異導致在實際應用中經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土外加劑與水泥不相容的問題。在混凝土配比相同的情況下，相同摻量、相同品種的混凝土外加劑常常會由于水泥品種不同，其應用效果的差異較大。同種混凝土外加劑在某種水泥中的應用效果較好，而在其他種類水泥中的應用效果可能會較差，甚至出現(xiàn)相反的效果，導致質(zhì)量事故。

式中 uP——灰塵顆粒速度，m/s；

FD——顆粒物所受的曳力，N；

u ——氣體相速度，m/s；

首先，應加強建設和完善智慧鄉(xiāng)村旅游基礎設施，重點加強環(huán)境整治、道路建設、綠化建設、基礎網(wǎng)絡建設和餐飲、住宿、娛樂、醫(yī)療衛(wèi)生等基礎設施和配套設施建設。

處于微米級和亞微米級的粒子運動中主要受到曳力和熱泳力的作用［18-19］。論文研究的重點是灰塵顆粒對換熱器的撞擊過程，熱泳力等附加力較曳力小一個數(shù)量級以上，計算時忽略，因此僅考慮曳力的作用，如下式表示：

風速的大小決定著氣固兩相流中顆粒物的運動速度，顆粒物撞擊壁面的動量決定著沖蝕率的大小。在顆粒物粒徑以相同Rosin-Rammler規(guī)律分布，顆粒物濃度為10 g/m3，不同風速情況下，換熱管和翅片表面的沖蝕率的關系如圖4所示。由圖可以看出，隨著風速的增加，翅片內(nèi)側以及換熱管表面的平均沖蝕率與最大沖蝕率均呈遞增的趨勢。事實上，當風速增加時，雷諾數(shù)增大，剪切層的壓力梯度增大，旋渦烈度增大同時繞流阻力減小，造成磨損程度隨速度增加而加重，這與FINNIE［28］關于顆粒物沖蝕率與速度的關系趨勢研究相符合。換熱管表面的沖蝕磨損率較翅片表面大2～3個數(shù)量級，這是因為氣固兩相流來流風速為進氣口單元面法線方向，并未增加其他方向的動量分量，粒子隨氣流進入通道對翅片表面只產(chǎn)生犁溝效應，而換熱管表面受到法向來流沖蝕，沖擊強度與撞擊方式是引起兩類表面沖蝕磨損率差別的主要原因。

ρp——顆粒物密度，kg/m3；

Rep——顆粒物的雷諾數(shù)；

CD——曳力系數(shù)；

然而秉持這樣的教育觀念與實踐并不容易，要求老師都是大藝術家也應當歸入妄想吧？所以通常我們看到，還是學生像老師（不管在形式還是理念上），學得像就是好學生了。能遇上大藝術家又學到他內(nèi)在的精神，也只可能是極少數(shù)學生。

dp——顆粒物直徑，m。

2.2 沖蝕磨損模型

根據(jù)光學顯微鏡對西北某地區(qū)風沙觀測分析結果，沙粒形狀近似圓形和橢圓形的可達80%以上［20］，論文假設灰塵顆粒僅為規(guī)則球形SiO2顆粒，采用EDWARDS［21］提出的沖蝕磨損模型：

雷諾數(shù)的范圍為1 100～2 833，對應的氣流速度為4～10 m/s。如圖3所示，將壓降的預測值與相應的試驗值［27］進行了比較，壓降的最大偏差值為8.6%，平均偏差在3%左右。模擬結果與試驗結果吻合度較高，表明數(shù)值模型是可靠的。

f（θ）—— 適用于不同沖擊材料的碰撞角函數(shù)，如式（4）所示。

觀察組患者治療總有效率達到92.50%，對照組總有效率則為72.50%，組間對比，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表1。

如果你能讀懂巴黎街道墻壁上的裂紋，看透每堵墻上的上故事，那你也許能懂關于手工坊的故事，它們和世界上所有靈感之地一樣，充滿著深刻的可能性。

表1 碳鋼或銅和鋁表面沖蝕率模型的經(jīng)驗常數(shù)Tab.1 Empirical constants for the erosion rate model of carbon steel or copper and aluminum surface

采用顆粒沖蝕模型表征離散相對壁面的沖蝕作用，沖蝕率Rerosion的模型方程［25］為：

式中 Rerosion—— 壁面材料在單位時間單位面積上損失的質(zhì)量，kg/（m2·s）；

Nparticles——與壁面碰撞的粒子數(shù)，個；

Fx—— 在單位質(zhì)量顆粒物上的其它附加力，N，主要由重力、布朗力、Saffman升力、熱泳力和附加質(zhì)量力所構成。

初中的學習內(nèi)容以及學習要求與高中相比是有很大的區(qū)別的，初中主要以形象思維為主，而作為高中數(shù)學的起始課，“集合”是一個抽象的內(nèi)容，要基于學生的認知基礎和特征組織教學.“講述+練習”的方式難以達到這個要求，相反，會給剛剛接觸高中數(shù)學的學生當頭一棒，危害的不僅僅是本節(jié)課的學習，更是對學生未來學習的傷害.

C（dp）——粒子直徑的函數(shù)；

近日，國務院辦公廳發(fā)布了《關于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》,提出到2015年我國海水淡化日產(chǎn)能力將達到220萬~260萬m3;海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率將達到70%以上;建立較為完善的海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈，關鍵技術、裝備、材料研發(fā)和制造能力達到國際先進水平。

f（θ）——碰撞角函數(shù)；

θ ——粒子與壁面的碰撞夾角，（°）；

bv——粒子運動速度函數(shù)；

v ——粒子運動速度，m/s；

式（4）中，A，a，b，X，w，Y，Z，α為與被沖蝕材料有關的經(jīng)驗常數(shù)［23-24］，取值見表1。

Aface——壁面計算單元的面積，m2。

函數(shù)C，f，b由邊界條件中的函數(shù)值設定。

2.3 邊界條件及求解器的設定

在整個計算模型中采用4種邊界條件：速度入口、outflow、壁面邊界、周期性邊界，如圖1所示。在速度入口處，空氣以速度uin沿x方向進入計算域，沿y和z的速度分量均設為0。速度和壓力的耦合計算采用SIMPLE算法，壓力、動量、能量和湍流耗散率均使用二階迎風格式，當各項殘差小于10-6時，數(shù)值模擬計算視為收斂。

3 數(shù)值驗證

ΔP具體計算方法為：

式中 f ——摩擦系數(shù)；

umax——最小截面處的最大氣流速度，m/s；

無論官居何職，陳廷敬都能提出革新除弊的措施，而且在執(zhí)行中身體力行，走在前頭。在官居吏部尚書時，陳廷敬曾嚴飭家人，有行為不端者、有送禮賄賂謀私者，不得放入。他到禮部上任，則立下規(guī)矩：“自廷敬始，在部絕請托，禁饋遺?！彪y怪揚州八怪之一的文學家金農(nóng)寫詩贊陳廷敬：“獨持清德道彌尊，半飽遺風在菜根?！?/p>

z ——管排數(shù)量。

式中 Fs——顆粒的形狀系數(shù)，取 0.2［22］；

圖3 壓降Δp試驗值［27］與模擬值之間的比較Fig.3 Comparison between the test value of pressure drop Δp and the simulated value

4 模擬結果和討論

4.1 風速對沖蝕磨損的影響

式中 μ ——流體的動力黏度，Pa·s；

圖4 不同風速下的平均沖蝕率與最大沖蝕率Fig.4 Average erosion rate and maximum erosion rate under different wind speeds

為了直觀地分析平直翅片管換熱器的磨損區(qū)域分布特點，對不同風速下?lián)Q熱器的磨損規(guī)律進行研究。由圖5可知，磨損最為嚴重的區(qū)域位于第二排換熱管前側上下區(qū)域（區(qū)域1），多呈團狀分布，且沖蝕率由換熱管兩側向中間遞減，沖蝕點的分布密度逐漸減??；次嚴重區(qū)域為上下半換熱管的邊緣區(qū)域（區(qū)域2），越靠近中間換熱管部分，沖蝕現(xiàn)象越明顯。這是因為當氣流進入流道后，流速隨著通道橫截面積的縮小而增加，且中間換熱管前的顆粒加速區(qū)域相對邊緣換熱管的過流面積較小，因此流過此區(qū)域的顆粒將獲得更多的動能；通過換熱管時，繞流增強使顆粒物撞擊換熱管的撞擊角減小，導致?lián)Q熱管迎流面磨損率增大。同時，當氣流橫掠非光滑表面時，由于展向形貌的作用，在近壁面附近會產(chǎn)生微旋渦，帶動微顆粒以法向速度撞擊表面，且首次碰撞之后回彈的顆粒物在氣流的影響下與中間換熱管發(fā)生二次或多次碰撞，加劇了換熱管與翅片表面的沖蝕磨損。

了解患者的基本信息，包括教育程度、家庭結構、經(jīng)濟狀況以及既往病史，制定個性化健康宣教方案，采用通俗易懂的語言，向其介紹食管癌的病因病機、危險因素、易感人群、發(fā)病幾率、臨床癥狀、治療方式等，在講解時可發(fā)放相關知識卡片，囑咐患者戒煙酒，勤洗澡，保持照射野皮膚干燥清潔，且該部位禁止使用肥皂，或用粗毛巾擦洗，局部不可粘貼腳步，不可涂抹乙醇、刺激性油膏等物質(zhì)，選用寬松、吸汗、柔軟的內(nèi)衣。

圖5 不同風速下?lián)Q熱管表面的沖蝕磨損云圖Fig.5 Nephogram of erosion wear on the surface of heat exchange tubes under different wind speeds

為了準確分析換熱管表面的沖蝕磨損規(guī)律，在第2排換熱管外表面取一圓周線，采集2.5m/s風速下圓周線上2 000個數(shù)據(jù)點的沖蝕率，匯總結果如圖6所示。

圖6 2.5 m/s風速下第二排換熱管圓周線上的沖蝕率Fig.6 Erosion rate on the circumference of the second row of heat exchange tubes under a wind speed of 2.5 m/s

由圖可知，第2排換熱管迎風面的沖蝕率顯著大于背風面的沖蝕率；迎風面B區(qū)間內(nèi)，沖蝕率在832位置時達到最大，與X軸夾角約為30°，沖蝕率向兩側逐漸遞減；迎風面C區(qū)間內(nèi)，沖蝕率在1 150位置時達到最大，與X軸夾角約27°，沖蝕率向兩側逐漸遞減，且沖蝕點的分布密度逐漸降低；背風面A，D區(qū)間內(nèi)，沖蝕率在低值范圍內(nèi)波動，且靠近中線部分的沖蝕率值偏大。

在風速為4 m/s、粒徑分布區(qū)間為50～100 μm、濃度為5 g/m3、顆粒物沖蝕管翅式換熱器時長為56 h的條件下，拍攝換熱管表面與翅片內(nèi)表面磨損的顯微照片，如圖7所示。圖7（a）示出翅片與換熱管交界處的沖蝕磨損實物圖，交界處的沖蝕磨損在回流的影響下較為明顯；圖7（b）示出第2排與第3排換熱管中間部位的翅片沖蝕磨損實物，多為犁溝效應形成的磨損；圖7（c）示出第2排換熱管迎風面的沖蝕磨損實物磨損；圖7（c）為第2排換熱管迎風面的沖蝕磨損實物圖，磨損多呈團狀分布；圖7（d）示出第3排換熱管迎風面的沖蝕磨損實物，磨損呈小范圍團狀分布，第2排換熱管的沖蝕磨損現(xiàn)象更為明顯。模擬結果與照片中沖蝕現(xiàn)象結果相符。

苗頭預測法的運用需要勞動爭議調(diào)解員必須有“糾紛具有復雜性、預防工作具有艱巨性和長期性、遏制糾紛繼續(xù)發(fā)展和擴大的重要性”的認識，并在思想上高度重視，有意識地觀察和分析苗頭性問題。要做到這一點，勞動爭議調(diào)解員必須具備敏銳的信息意識，要善于發(fā)現(xiàn)信息、搜集信息，捕捉其中的帶有傾向性、苗頭性的信息。在預測苗頭時，還要注意對糾紛的變化有影響的因索，并區(qū)分不同的糾紛進行具體分析。

圖7 試驗條件下各部位沖蝕磨損形貌Fig.7 Erosion wear morphology of each area under test conditions

4.2 粒徑對沖蝕磨損的影響

西北地區(qū)出現(xiàn)頻次最多的風速為2.5 m/s［29］，因此模擬了不同粒徑的顆粒物在此風速下對翅片與換熱管表面的沖蝕情況，如圖8所示。由圖可知，換熱管表面的平均沖蝕率比翅片表面的沖蝕率大3個數(shù)量級，因此僅就顆粒物對換熱管表面的沖蝕磨損行為進行粒徑與濃度對沖蝕率的影響研究。分析可知，在小粒徑區(qū)間，隨著顆粒物粒徑的增大，換熱管表面與翅片表面的平均沖蝕率呈線性上升趨勢，擬合方程分別為：Y=0.85X-1.09、Y=0.96X+6.82，翅片上升的趨勢較換熱管上升迅速。隨著粒徑不斷增大，翅片表面沖蝕率在10 μm附近達到峰值；在顆粒物粒徑為10～50 μm之間時沖蝕率迅速降低；當顆粒物粒徑在50～130 μm之間時，翅片表面沖蝕率幾乎沒有發(fā)生變化；當粒徑在130 μm之后時，沖蝕率逐漸升高。換熱管表面沖蝕率的最大值出現(xiàn)在25 μm附近；當粒徑為25～150 μm時，換熱管表面沖蝕率逐漸降低；當顆粒物粒徑區(qū)間為150～250 μm時，沖蝕率未發(fā)生變化；當粒徑在250 μm之后時，沖蝕率緩慢增大。分析表明，兩表面沖蝕率出現(xiàn)相同變化趨勢但粒徑區(qū)間不一致的現(xiàn)象，主要原因在于鋁制材料相比于銅制材料更容易響應顆粒的沖蝕行為。

通過IWRAP MKII軟件計算出廈門港2016年碰撞事故數(shù)并與實際發(fā)生的碰撞事故數(shù)進行對比，其差值越小，代表越接近實際情況，驗證選擇的交通流數(shù)據(jù)的分布函數(shù)曲線與實際交通流數(shù)據(jù)分布的擬合程度越高，使用IWRAP MKII計算船舶碰撞和擱淺的次數(shù)與實際更相符，即軟件評估風險的準確性越高。

圖8 2.5 m/s風速下不同粒徑顆粒物在換熱管表面與翅片表面造成的平均沖蝕率Fig.8 Average erosion rate caused by particles of different sizes on the surface of the heat exchange tube and the surface of the fin under a wind speed of 2.5 m/s

圖9示出了顆粒物濃度為10 g/m3，連續(xù)噴射100次時，不同風速、不同粒徑下?lián)Q熱管表面平均沖蝕率的曲線。結合式（2）可以看出，小粒徑顆粒物比大粒徑顆粒物更容易受到曳力的影響，因此在相同氣流速度下有更高的效率獲得動能，小粒徑顆粒物隨著氣流穿過邊界層撞擊到換熱器表面時，反彈后更容易被氣流攜帶形成二次碰撞，造成較大的沖蝕磨損；在一定濃度下，隨著顆粒物粒徑的增大，顆粒物數(shù)量減少，穿過邊界層沖蝕表面的顆粒物較少，沖蝕面積降低；當顆粒物粒徑增加到一定值時，雖然顆粒數(shù)量逐漸減少，但顆粒物的動量較大，對表面沖擊程度加強，導致沖蝕變化較小，粒徑對沖蝕的影響減弱；在叉排管翅式換熱器曲折主流區(qū)內(nèi)，大粒徑顆粒物因慣性作用下容易偏離主流區(qū)，與翅片內(nèi)表面產(chǎn)生一定程度的摩擦，自身的動能被翅片部位消耗，從而出現(xiàn)翅片內(nèi)表面更容易受大粒徑顆粒物沖蝕的現(xiàn)象。

當前績效評價結果通常僅僅局限在反映情況這一層次，對績效評價結果的應用還不夠充分，也未能建立起績效評價結果的長效運用機制。農(nóng)業(yè)科研績效評價也呈現(xiàn)明顯的該趨勢。實際工作中，科研人員注重農(nóng)業(yè)科研項目立項和驗收的組織，對項目績效評價的重視卻不夠，甚至將績效評價視為一項任務，在此基礎上形成的績效評價結果往往可靠性不夠高。盡管要求績效評價結果應當作為今后項目立項的依據(jù)，但由于對評價結果的分析不夠，以及項目管理部門、財務部門、項目實施部門配合不夠，實際中農(nóng)業(yè)科研項目的績效評價結果還缺乏長效應用機制。

圖9 不同顆粒物粒徑在不同風速下?lián)Q熱管表面平均沖蝕率Fig.9 The average erosion rate of different particle sizes on the heat exchange tube surface under different wind speeds

4.3 顆粒物濃度對沖蝕磨損的影響

結合上文分析結論，根據(jù)沖蝕變化趨勢，按照粒徑分布區(qū)間分別選取5，20，200 μm 3種階段粒徑的顆粒，控制2.5，5.5，8.5 m/s風速，研究不同質(zhì)量濃度的顆粒物單次噴射行為對換熱管表面磨損的影響，圖10示出不同顆粒物濃度下?lián)Q熱管表面平均磨損率。

圖10 不同顆粒物濃度下?lián)Q熱管表面平均磨損率Fig.10 Average wear rate on heat exchange tube surface under different particle concentrations

圖中可以看出，在相對質(zhì)量分數(shù)較低的情況下，隨顆粒物濃度的增加，磨損率整體呈線性上升的趨勢。進一步控制變量分析發(fā)現(xiàn)，在相同粒徑情況下，速度越大，平均磨損率越大；在相同速度情況下，粒徑為20 μm的顆粒物沖蝕下的磨損相對嚴重，這與圖4所示結果一致。這是因為在粒徑相同時，濃度越大，顆粒數(shù)量越多，獲得相同動能對換熱管與翅片表面造成沖擊的顆粒物數(shù)量也隨之增加，所以濃度和磨損率呈線性增加的趨勢。對比粒徑為20，200 μm的顆粒物在不同風速、濃度下的磨損率曲線斜率可以發(fā)現(xiàn)，風速的影響最大，顆粒物粒徑次之，濃度的影響最小；但對比粒徑為20，5 μm的顆粒物在不同風速、濃度下的磨損率曲線斜率可以發(fā)現(xiàn)，粒徑對磨損的影響大于風速的影響。即在大粒徑區(qū)間內(nèi)，風速對沖蝕率的影響較大；小粒徑與峰值粒徑區(qū)間內(nèi)，粒徑對沖蝕率的影響較大。

5 結論

（1）隨著氣流流速的增大，換熱管與翅片表面的最大沖蝕率和平均沖蝕率均呈正相關遞增。沖蝕最嚴重的區(qū)域位于第二排換熱管的迎風面，沖蝕磨損云圖呈團狀分布。翅片表面沖蝕嚴重區(qū)域多位于翅片與換熱管的相交區(qū)域，呈點溝狀分布。換熱管表面沖蝕磨損較翅片表面大2～3個數(shù)量級。

（2）隨著顆粒物粒徑的增大，換熱管表面沖蝕磨損率先迅速上升，在25 μm時達到峰值，在25～150 μm區(qū)間內(nèi)緩慢下降，隨后呈現(xiàn)一定的穩(wěn)定趨勢。小粒徑顆粒物更容易對換熱管產(chǎn)生沖蝕，翅片表面對大粒徑顆粒物的沖蝕響應較為明顯。

（3）隨著顆粒物濃度的增大，換熱管表面沖蝕磨損率呈線性趨勢上升。影響換熱器表面沖蝕磨損率的三種因素中，大粒徑區(qū)間內(nèi)的風速占主導地位，顆粒物粒徑次之，濃度的影響最小。在小粒徑與峰值粒徑區(qū)間內(nèi)，粒徑對沖蝕率的影響大于風速對沖蝕率的影響。