馬廣興 ，孫煜光 ，杜 聰 ，武振東 ，楊偉杰

（1.內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，呼和浩特 010051；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)土木工程結(jié)構(gòu)與力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yīng)用于建筑供暖和生活熱水［2］?？諝庠礋岜眠\(yùn)行能耗高低和使用壽命的長(zhǎng)短直接影響清潔供暖和燃煤散燒治理的社會(huì)效益和環(huán)保效益?？諝庠礋岜玫氖彝鈸Q熱器工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)臟堵、結(jié)霜、磨損等現(xiàn)象，尤其在西北地區(qū)常年多風(fēng)沙［3］，其換熱器的表面磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致空氣源熱泵的運(yùn)行能耗增加，使用壽命減少。為了降低空氣源熱泵運(yùn)行能耗，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)ASHP的臟堵、結(jié)霜問(wèn)題進(jìn)行了大量卓有成效的研究。AHN等［4］實(shí)測(cè)得知室外換熱器的臟堵會(huì)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(guò)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(jī)組的動(dòng)態(tài)性能變化趨勢(shì)；梁媛媛等［6］發(fā)現(xiàn)當(dāng)換熱器翅片表面霜層厚度達(dá)到0.4 mm時(shí)，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(huì)使機(jī)組的COP降低35%～60%，同時(shí)還會(huì)引起誤除霜等現(xiàn)象的發(fā)生，導(dǎo)致機(jī)組COP與換熱效率下降，運(yùn)行能耗增加?，F(xiàn)有研究多為空氣源熱泵臟堵和結(jié)霜對(duì)運(yùn)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(bào)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(guò)程，長(zhǎng)時(shí)間的沖蝕行為會(huì)導(dǎo)致?lián)Q熱器運(yùn)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(duì)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(duì)象，利用FLUENT計(jì)算軟件，采用DPM Erosion計(jì)算模型，以氣流速度、顆粒物粒徑和濃度為輸入?yún)?shù)，對(duì)平直管翅式換熱器表面沖蝕磨損行為進(jìn)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(zhǎng)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(duì)典型狹窄過(guò)流通道的平直管翅式換熱器展開(kāi)研究［8-13］，結(jié)果表明氣體在通過(guò)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(shí)體模型簡(jiǎn)化為一個(gè)6根平行叉排管束和相鄰兩葉翅片組成的進(jìn)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(dòng)規(guī)律。

1.2 計(jì)算域和網(wǎng)格

計(jì)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(dòng)方向設(shè)置3個(gè)直徑D為7.6 mm的圓形管道內(nèi)孔，6個(gè)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(mǎn)足入口段氣流均勻且出口段沒(méi)有回流，計(jì)算域入口段長(zhǎng)為6D，出口段長(zhǎng)為8D。

計(jì)算模型采用四面體網(wǎng)格，在每個(gè)換熱管外圓周布置不少于380個(gè)節(jié)點(diǎn)，計(jì)算域中加入網(wǎng)格尺寸函數(shù)控制。初始網(wǎng)格間距設(shè)置為0.02 mm，最大間距為 0.1 mm［14］，增長(zhǎng)因子為 1.3，最終劃分網(wǎng)格數(shù)為103萬(wàn)，單元數(shù)為34萬(wàn)；同時(shí)對(duì)流體壁面進(jìn)行了膨脹層的設(shè)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(jìn)行了網(wǎng)格的無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，測(cè)試了10～150萬(wàn)數(shù)目的計(jì)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(guān)系，如圖2所示。模擬結(jié)果表明，103萬(wàn)和150萬(wàn)數(shù)目的網(wǎng)格磨損變化率小于0.05%。因此，103萬(wàn)計(jì)算網(wǎng)格的模型數(shù)值解獨(dú)立于網(wǎng)格。

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

2 物理模型

假定流場(chǎng)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(dòng)的氣固兩相流固相粒子對(duì)換熱器表面沖蝕和磨損的數(shù)值計(jì)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——?dú)錃庵委煹膫鹘y(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(guò)肺泡的換氣作用可迅速經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)機(jī)體各個(gè)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(xué)領(lǐng)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(zhǎng)期臥床的病人常常會(huì)出現(xiàn)機(jī)械通氣肺損傷，主要由呼吸機(jī)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(guò)程中的副作用，例如聽(tīng)力損失。目前，氫氣吸入不僅僅可以在醫(yī)院內(nèi)實(shí)現(xiàn)，家庭制氫儀也已經(jīng)問(wèn)世，人們可以足不出戶(hù)進(jìn)行日常保健或者疾病治療。

2.1 灰塵顆粒湍流模型

狹窄過(guò)流通道內(nèi)流場(chǎng)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(lái)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(shí)風(fēng)沙環(huán)境顆粒物粒徑分布狀態(tài)。實(shí)際大氣中灰塵顆粒的體積分?jǐn)?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(duì)連續(xù)相的影響。引入Lagrange方法計(jì)算每個(gè)離散相粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，顆粒物的作用力平衡方程為：

我國(guó)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(qiáng)度等級(jí)的水泥，熟料的礦物組成也可能存在較大差異。這些差異導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)混凝土外加劑與水泥不相容的問(wèn)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(huì)由于水泥品種不同，其應(yīng)用效果的差異較大。同種混凝土外加劑在某種水泥中的應(yīng)用效果較好，而在其他種類(lèi)水泥中的應(yīng)用效果可能會(huì)較差，甚至出現(xiàn)相反的效果，導(dǎo)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 ——?dú)怏w相速度，m/s；

首先，應(yīng)加強(qiáng)建設(shè)和完善智慧鄉(xiāng)村旅游基礎(chǔ)設(shè)施，重點(diǎn)加強(qiáng)環(huán)境整治、道路建設(shè)、綠化建設(shè)、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和餐飲、住宿、娛樂(lè)、醫(yī)療衛(wèi)生等基礎(chǔ)設(shè)施和配套設(shè)施建設(shè)。

處于微米級(jí)和亞微米級(jí)的粒子運(yùn)動(dòng)中主要受到曳力和熱泳力的作用［18-19］。論文研究的重點(diǎn)是灰塵顆粒對(duì)換熱器的撞擊過(guò)程，熱泳力等附加力較曳力小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，計(jì)算時(shí)忽略，因此僅考慮曳力的作用，如下式表示：

風(fēng)速的大小決定著氣固兩相流中顆粒物的運(yùn)動(dòng)速度，顆粒物撞擊壁面的動(dòng)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(fēng)速情況下，換熱管和翅片表面的沖蝕率的關(guān)系如圖4所示。由圖可以看出，隨著風(fēng)速的增加，翅片內(nèi)側(cè)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(shì)。事實(shí)上，當(dāng)風(fēng)速增加時(shí)，雷諾數(shù)增大，剪切層的壓力梯度增大，旋渦烈度增大同時(shí)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(guān)于顆粒物沖蝕率與速度的關(guān)系趨勢(shì)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(gè)數(shù)量級(jí)，這是因?yàn)闅夤虄上嗔鱽?lái)流風(fēng)速為進(jìn)氣口單元面法線(xiàn)方向，并未增加其他方向的動(dòng)量分量，粒子隨氣流進(jìn)入通道對(duì)翅片表面只產(chǎn)生犁溝效應(yīng)，而換熱管表面受到法向來(lái)流沖蝕，沖擊強(qiáng)度與撞擊方式是引起兩類(lèi)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(guān)念與實(shí)踐并不容易，要求老師都是大藝術(shù)家也應(yīng)當(dāng)歸入妄想吧？所以通常我們看到，還是學(xué)生像老師（不管在形式還是理念上），學(xué)得像就是好學(xué)生了。能遇上大藝術(shù)家又學(xué)到他內(nèi)在的精神，也只可能是極少數(shù)學(xué)生。

dp——顆粒物直徑，m。

2.2 沖蝕磨損模型

根據(jù)光學(xué)顯微鏡對(duì)西北某地區(qū)風(fēng)沙觀(guān)測(cè)分析結(jié)果，沙粒形狀近似圓形和橢圓形的可達(dá)80%以上［20］，論文假設(shè)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(duì)應(yīng)的氣流速度為4～10 m/s。如圖3所示，將壓降的預(yù)測(cè)值與相應(yīng)的試驗(yàn)值［27］進(jìn)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(jié)果與試驗(yàn)結(jié)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(guān)察組患者治療總有效率達(dá)到92.50%，對(duì)照組總有效率則為72.50%，組間對(duì)比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)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(guān)于手工坊的故事，它們和世界上所有靈感之地一樣，充滿(mǎn)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(yàn)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(duì)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(shí)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(gè)；

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(gòu)成。

初中的學(xué)習(xí)內(nèi)容以及學(xué)習(xí)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(xué)的起始課，“集合”是一個(gè)抽象的內(nèi)容，要基于學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和特征組織教學(xué).“講述+練習(xí)”的方式難以達(dá)到這個(gè)要求，相反，會(huì)給剛剛接觸高中數(shù)學(xué)的學(xué)生當(dāng)頭一棒，危害的不僅僅是本節(jié)課的學(xué)習(xí)，更是對(duì)學(xué)生未來(lái)學(xué)習(xí)的傷害.

C（dp）——粒子直徑的函數(shù)；

近日，國(guó)務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》,提出到2015年我國(guó)海水淡化日產(chǎn)能力將達(dá)到220萬(wàn)~260萬(wàn)m3;海水淡化原材料、裝備制造自主創(chuàng)新率將達(dá)到70%以上;建立較為完善的海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈，關(guān)鍵技術(shù)、裝備、材料研發(fā)和制造能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)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(yùn)動(dòng)速度函數(shù)；

v ——粒子運(yùn)動(dòng)速度，m/s；

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

Aface——壁面計(jì)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(shè)定。

2.3 邊界條件及求解器的設(shè)定

在整個(gè)計(jì)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(jìn)入計(jì)算域，沿y和z的速度分量均設(shè)為0。速度和壓力的耦合計(jì)算采用SIMPLE算法，壓力、動(dòng)量、能量和湍流耗散率均使用二階迎風(fēng)格式，當(dāng)各項(xiàng)殘差小于10-6時(shí)，數(shù)值模擬計(jì)算視為收斂。

3 數(shù)值驗(yàn)證

ΔP具體計(jì)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(wú)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(shū)時(shí)，陳廷敬曾嚴(yán)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(qǐng)托，禁饋遺?！彪y怪揚(yáng)州八怪之一的文學(xué)家金農(nóng)寫(xiě)詩(shī)贊陳廷敬：“獨(dú)持清德道彌尊，半飽遺風(fēng)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(yàn)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(jié)果和討論

4.1 風(fēng)速對(duì)沖蝕磨損的影響

式中 μ ——流體的動(dòng)力黏度，Pa·s；

圖4 不同風(fēng)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(guān)地分析平直翅片管換熱器的磨損區(qū)域分布特點(diǎn)，對(duì)不同風(fēng)速下?lián)Q熱器的磨損規(guī)律進(jìn)行研究。由圖5可知，磨損最為嚴(yán)重的區(qū)域位于第二排換熱管前側(cè)上下區(qū)域（區(qū)域1），多呈團(tuán)狀分布，且沖蝕率由換熱管兩側(cè)向中間遞減，沖蝕點(diǎn)的分布密度逐漸減??；次嚴(yán)重區(qū)域?yàn)樯舷掳霌Q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?yàn)楫?dāng)氣流進(jìn)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(duì)邊緣換熱管的過(guò)流面積較小，因此流過(guò)此區(qū)域的顆粒將獲得更多的動(dòng)能；通過(guò)換熱管時(shí)，繞流增強(qiáng)使顆粒物撞擊換熱管的撞擊角減小，導(dǎo)致?lián)Q熱管迎流面磨損率增大。同時(shí)，當(dāng)氣流橫掠非光滑表面時(shí)，由于展向形貌的作用，在近壁面附近會(huì)產(chǎn)生微旋渦，帶動(dòng)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(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)狀況以及既往病史，制定個(gè)性化健康宣教方案，采用通俗易懂的語(yǔ)言，向其介紹食管癌的病因病機(jī)、危險(xiǎn)因素、易感人群、發(fā)病幾率、臨床癥狀、治療方式等，在講解時(shí)可發(fā)放相關(guān)知識(shí)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(fēng)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(zhǔn)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(xiàn)，采集2.5m/s風(fēng)速下圓周線(xiàn)上2 000個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的沖蝕率，匯總結(jié)果如圖6所示。

圖6 2.5 m/s風(fēng)速下第二排換熱管圓周線(xiàn)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(fēng)面的沖蝕率顯著大于背風(fēng)面的沖蝕率；迎風(fēng)面B區(qū)間內(nèi)，沖蝕率在832位置時(shí)達(dá)到最大，與X軸夾角約為30°，沖蝕率向兩側(cè)逐漸遞減；迎風(fēng)面C區(qū)間內(nèi)，沖蝕率在1 150位置時(shí)達(dá)到最大，與X軸夾角約27°，沖蝕率向兩側(cè)逐漸遞減，且沖蝕點(diǎn)的分布密度逐漸降低；背風(fēng)面A，D區(qū)間內(nèi)，沖蝕率在低值范圍內(nèi)波動(dòng)，且靠近中線(xiàn)部分的沖蝕率值偏大。

在風(fēng)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(shí)長(zhǎng)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(shí)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(shí)物，多為犁溝效應(yīng)形成的磨損；圖7（c）示出第2排換熱管迎風(fēng)面的沖蝕磨損實(shí)物磨損；圖7（c）為第2排換熱管迎風(fēng)面的沖蝕磨損實(shí)物圖，磨損多呈團(tuán)狀分布；圖7（d）示出第3排換熱管迎風(fēng)面的沖蝕磨損實(shí)物，磨損呈小范圍團(tuán)狀分布，第2排換熱管的沖蝕磨損現(xiàn)象更為明顯。模擬結(jié)果與照片中沖蝕現(xiàn)象結(jié)果相符。

苗頭預(yù)測(cè)法的運(yùn)用需要?jiǎng)趧?dòng)爭(zhēng)議調(diào)解員必須有“糾紛具有復(fù)雜性、預(yù)防工作具有艱巨性和長(zhǎng)期性、遏制糾紛繼續(xù)發(fā)展和擴(kuò)大的重要性”的認(rèn)識(shí)，并在思想上高度重視，有意識(shí)地觀(guān)察和分析苗頭性問(wèn)題。要做到這一點(diǎn)，勞動(dòng)爭(zhēng)議調(diào)解員必須具備敏銳的信息意識(shí)，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(yù)測(cè)苗頭時(shí)，還要注意對(duì)糾紛的變化有影響的因索，并區(qū)分不同的糾紛進(jìn)行具體分析。

圖7 試驗(yàn)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(duì)沖蝕磨損的影響

西北地區(qū)出現(xiàn)頻次最多的風(fēng)速為2.5 m/s［29］，因此模擬了不同粒徑的顆粒物在此風(fēng)速下對(duì)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(gè)數(shù)量級(jí)，因此僅就顆粒物對(duì)換熱管表面的沖蝕磨損行為進(jìn)行粒徑與濃度對(duì)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(xiàn)性上升趨勢(shì)，擬合方程分別為：Y=0.85X-1.09、Y=0.96X+6.82，翅片上升的趨勢(shì)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(dá)到峰值；在顆粒物粒徑為10～50 μm之間時(shí)沖蝕率迅速降低；當(dāng)顆粒物粒徑在50～130 μm之間時(shí)，翅片表面沖蝕率幾乎沒(méi)有發(fā)生變化；當(dāng)粒徑在130 μm之后時(shí)，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(dāng)粒徑為25～150 μm時(shí)，換熱管表面沖蝕率逐漸降低；當(dāng)顆粒物粒徑區(qū)間為150～250 μm時(shí)，沖蝕率未發(fā)生變化；當(dāng)粒徑在250 μm之后時(shí)，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(shì)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(yīng)顆粒的沖蝕行為。

通過(guò)IWRAP MKII軟件計(jì)算出廈門(mén)港2016年碰撞事故數(shù)并與實(shí)際發(fā)生的碰撞事故數(shù)進(jìn)行對(duì)比，其差值越小，代表越接近實(shí)際情況，驗(yàn)證選擇的交通流數(shù)據(jù)的分布函數(shù)曲線(xiàn)與實(shí)際交通流數(shù)據(jù)分布的擬合程度越高，使用IWRAP MKII計(jì)算船舶碰撞和擱淺的次數(shù)與實(shí)際更相符，即軟件評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確性越高。

圖8 2.5 m/s風(fēng)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(shí)，不同風(fēng)速、不同粒徑下?lián)Q熱管表面平均沖蝕率的曲線(xiàn)。結(jié)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(dòng)能，小粒徑顆粒物隨著氣流穿過(guò)邊界層撞擊到換熱器表面時(shí)，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(guò)邊界層沖蝕表面的顆粒物較少，沖蝕面積降低；當(dāng)顆粒物粒徑增加到一定值時(shí)，雖然顆粒數(shù)量逐漸減少，但顆粒物的動(dòng)量較大，對(duì)表面沖擊程度加強(qiáng)，導(dǎo)致沖蝕變化較小，粒徑對(duì)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(dòng)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(dāng)前績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果通常僅僅局限在反映情況這一層次，對(duì)績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果的應(yīng)用還不夠充分，也未能建立起績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果的長(zhǎng)效運(yùn)用機(jī)制。農(nóng)業(yè)科研績(jī)效評(píng)價(jià)也呈現(xiàn)明顯的該趨勢(shì)。實(shí)際工作中，科研人員注重農(nóng)業(yè)科研項(xiàng)目立項(xiàng)和驗(yàn)收的組織，對(duì)項(xiàng)目績(jī)效評(píng)價(jià)的重視卻不夠，甚至將績(jī)效評(píng)價(jià)視為一項(xiàng)任務(wù)，在此基礎(chǔ)上形成的績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果往往可靠性不夠高。盡管要求績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)當(dāng)作為今后項(xiàng)目立項(xiàng)的依據(jù)，但由于對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的分析不夠，以及項(xiàng)目管理部門(mén)、財(cái)務(wù)部門(mén)、項(xiàng)目實(shí)施部門(mén)配合不夠，實(shí)際中農(nóng)業(yè)科研項(xiàng)目的績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)果還缺乏長(zhǎng)效應(yīng)用機(jī)制。

圖9 不同顆粒物粒徑在不同風(fēng)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(duì)沖蝕磨損的影響

結(jié)合上文分析結(jié)論，根據(jù)沖蝕變化趨勢(shì)，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(fēng)速，研究不同質(zhì)量濃度的顆粒物單次噴射行為對(duì)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(duì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的情況下，隨顆粒物濃度的增加，磨損率整體呈線(xiàn)性上升的趨勢(shì)。進(jìn)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(duì)嚴(yán)重，這與圖4所示結(jié)果一致。這是因?yàn)樵诹较嗤瑫r(shí)，濃度越大，顆粒數(shù)量越多，獲得相同動(dòng)能對(duì)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(xiàn)性增加的趨勢(shì)。對(duì)比粒徑為20，200 μm的顆粒物在不同風(fēng)速、濃度下的磨損率曲線(xiàn)斜率可以發(fā)現(xiàn)，風(fēng)速的影響最大，顆粒物粒徑次之，濃度的影響最小；但對(duì)比粒徑為20，5 μm的顆粒物在不同風(fēng)速、濃度下的磨損率曲線(xiàn)斜率可以發(fā)現(xiàn)，粒徑對(duì)磨損的影響大于風(fēng)速的影響。即在大粒徑區(qū)間內(nèi)，風(fēng)速對(duì)沖蝕率的影響較大；小粒徑與峰值粒徑區(qū)間內(nèi)，粒徑對(duì)沖蝕率的影響較大。

5 結(jié)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(guān)遞增。沖蝕最嚴(yán)重的區(qū)域位于第二排換熱管的迎風(fēng)面，沖蝕磨損云圖呈團(tuán)狀分布。翅片表面沖蝕嚴(yán)重區(qū)域多位于翅片與換熱管的相交區(qū)域，呈點(diǎn)溝狀分布。換熱管表面沖蝕磨損較翅片表面大2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。

（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(shí)達(dá)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(shì)。小粒徑顆粒物更容易對(duì)換熱管產(chǎn)生沖蝕，翅片表面對(duì)大粒徑顆粒物的沖蝕響應(yīng)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(xiàn)性趨勢(shì)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(fēng)速占主導(dǎo)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(duì)沖蝕率的影響大于風(fēng)速對(duì)沖蝕率的影響。