Development of a quantification method for fouling deposits using phosphorescence
Development of a quantification method for fouling deposits using phosphorescence
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开发利用磷光定量污垢沉积物的方法
DOI：
10.1007/s00231-021-03053-6
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发表时间：
2021
影响因子：
2.2
通讯作者：
S. Scholl
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
H. Deponte;W. Augustin;S. Scholl
结构化表面上的颗粒污垢通常使用积分热阻或基于质量的污垢热阻来量化。观察到的几何形状可以是能够改善热交换器中的热传递的结构（例如，凹坑）、部件中的空腔或更复杂的几何形状。然而，由于有限的可达性或局部分辨测量的要求，现有的量化方法可能不适用于结构化表面。为此，需要一种新的方法来量化污垢沉积物。在这项研究中，通过测量整体的热和基于质量的污垢阻力，并将其与凹坑内部和周围的局部污垢阻力进行比较，对凹坑表面进行了评估。该比较是使用为此目的开发的磷光结垢定量方法在线进行的，使用磷光颗粒来定量沉积的质量。基于质量的污垢阻力可以使用计算机辅助图像分析来计算。用于评估的测量在产生特征污垢图案的凹坑表面上进行。使用新方法，观察到表面覆盖率从高达33.3%降低，这导致与平坦表面相比，凹坑下游的污垢阻力较低。这些结果证实了较早的数值和实验结果，这表明在热水力效率以及减少结垢方面，与其他表面结构相比，凹坑表面具有优势。因此，磷酸盐结垢量化方法提供了计算结构化表面上的局部结垢阻力值的可能性，以及优化表面结构以最小化结垢倾向的可能性。
Particulate fouling on structured surfaces is typically quantified using the integral thermal or mass-based fouling resistance. The observed geometries may be structures that can improve the heat transfer in heat exchangers (e.g., dimples), cavities in components, or more complex geometries. However, due to limited accessibility or the requirement for a locally resolved measurement, the existing quantification methods may not be applicable to structured surfaces. For this reason, a new method is needed for the quantification for fouling deposits. In this study, dimpled surfaces were evaluated by measuring the integral thermal and mass-based fouling resistance and comparing it with the local fouling resistance inside and around the dimple. This comparison was carried out online with the Phosphorescent Fouling Quantification method developed for this purpose, using phosphorescent particles to quantify the deposited mass. The mass-based fouling resistance can be calculated using computer-aided image analysis. The measurements for the evaluation were conducted on dimpled surfaces, which produced a characteristic fouling pattern. With the new method a reduced surface coverage from up to 33.3 % was observed, which led to lower fouling resistances downstream of the dimple compared to a plain surface. These results confirm earlier numerical and experimental findings, suggesting an advantage of dimpled surfaces over other surface structures with respect to thermo-hydraulic efficiency as well as reduced fouling. Thus, the Phosphorescent Fouling Quantification method provides the possibility of calculating values for local fouling resistances on structured surfaces, as well as the possibility of optimizing surface structures to minimize fouling propensity.
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