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燃煤电厂中使用的省煤器等换热器，由于存在烟气低温露点酸腐蚀和冲蚀磨损问题，使用寿命大幅度降低。在换热器的换热壁面上制备环氧树脂等功能性防护涂层，能够有效解决换热器表面的腐蚀和磨损问题。但防护涂层的导热系数普遍较低，会严重影响换热器的换热效果。石墨烯和石墨等碳材料具备极高的导热系数，可以明显提高复合物的导热性能。
本文中，通过添加石墨烯等物质对环氧树脂涂层进行改进，制备出耐腐蚀、耐磨损性能良好且导热系数较高的石墨烯复合涂层。利用静态硫酸腐蚀试验、硬度测试、导热系数测试和SEM扫描等方法，研究石墨烯复合涂层的耐腐蚀、耐磨损和导热性能并对石墨烯复合涂层的微观形貌进行表征。借助数值模拟手段，研究在换热器表面涂覆石墨烯复合涂层后，石墨烯复合涂层的导热系数、厚度以及换热器中换热流体的相态、流动特性等对换热器的综合换热效果的影响。具体研究结果如下：
1.石墨烯复合涂层的结构比较致密，表面孔隙率仅3.7％，腐蚀溶液无法直接透过石墨烯复合涂层对基体材料造成腐蚀。静态硫酸腐蚀试验中，石墨烯复合涂层的腐蚀速率能够降低至0.165mg·(cm2h)-1，只有环氧树脂涂层腐蚀速率的1/4，耐腐蚀性能显著提高。石墨烯和SiC等硬质相的杨氏模量较高，增加了石墨烯复合涂层的抗形变能力，石墨烯复合涂层的维氏硬度最高可达到243HV，比环氧树脂涂层提高52.83％，耐磨损性能更强。
2.添加石墨烯和石墨粉改变了环氧树脂的导热方式，碳材料完整的晶格结构使得石墨烯复合涂层具备了通过声子传热的条件，降低了热能在石墨烯复合涂层内传递时的阻力。导热系数测试结果表明，环氧树脂涂层的导热系数仅为0.197W·(m·K)-1，添加石墨粉等碳材料后，石墨烯复合涂层的导热系数随着石墨粉的质量分数的增加而持续增加。在石墨粉的质量分数达到8％时，石墨烯复合涂层的导热系数为35.848W·(m·K)-1，达到最大值。
3.传热数值模拟结果表明，换热器中换热流体的相态均为气体时，换热壁面的导热过程对换热器的综合传热效果的影响很小，换热壁面与换热流体间的热对流占主导地位，改变石墨烯复合涂层的导热系数，换热器的综合传热系数基本不变。换热器中的换热流体相态为液体时，导热过程在换热器的综合换热过程中的占比增加，石墨烯复合涂层的导热系数由0.2W·(m·K)-1升高到10W·(m·K)-1时，换热器的综合传热系数会发生明显提高。对流换热效果越强的换热器，改变石墨烯复合涂层的导热系数，换热器综合传热系数的变化越明显。
4.石墨烯复合涂层的导热系数在不同范围内发生变化时，省煤器等换热器的综合传热系数变化的速度存在较大差异，并且综合传热系数对石墨烯复合涂层的厚度的敏感性也不同。石墨烯复合涂层的导热系数较小时，提高石墨烯复合涂层的导热系数，气-水换热器和水-水换热器的综合传热系数明显提高，不同的石墨烯复合涂层厚度会引起换热器综合传热系数明显变化。石墨烯复合涂层的导热系数较大时，继续增加石墨烯复合涂层的导热系数，换热器的综合传热系数基本不再变化，对于换热壁面上石墨烯复合涂层厚度不同的换热器，综合传热系数也基本相同。
本文中，通过添加石墨烯等物质对环氧树脂涂层进行改进，制备出耐腐蚀、耐磨损性能良好且导热系数较高的石墨烯复合涂层。利用静态硫酸腐蚀试验、硬度测试、导热系数测试和SEM扫描等方法，研究石墨烯复合涂层的耐腐蚀、耐磨损和导热性能并对石墨烯复合涂层的微观形貌进行表征。借助数值模拟手段，研究在换热器表面涂覆石墨烯复合涂层后，石墨烯复合涂层的导热系数、厚度以及换热器中换热流体的相态、流动特性等对换热器的综合换热效果的影响。具体研究结果如下：
1.石墨烯复合涂层的结构比较致密，表面孔隙率仅3.7％，腐蚀溶液无法直接透过石墨烯复合涂层对基体材料造成腐蚀。静态硫酸腐蚀试验中，石墨烯复合涂层的腐蚀速率能够降低至0.165mg·(cm2h)-1，只有环氧树脂涂层腐蚀速率的1/4，耐腐蚀性能显著提高。石墨烯和SiC等硬质相的杨氏模量较高，增加了石墨烯复合涂层的抗形变能力，石墨烯复合涂层的维氏硬度最高可达到243HV，比环氧树脂涂层提高52.83％，耐磨损性能更强。
2.添加石墨烯和石墨粉改变了环氧树脂的导热方式，碳材料完整的晶格结构使得石墨烯复合涂层具备了通过声子传热的条件，降低了热能在石墨烯复合涂层内传递时的阻力。导热系数测试结果表明，环氧树脂涂层的导热系数仅为0.197W·(m·K)-1，添加石墨粉等碳材料后，石墨烯复合涂层的导热系数随着石墨粉的质量分数的增加而持续增加。在石墨粉的质量分数达到8％时，石墨烯复合涂层的导热系数为35.848W·(m·K)-1，达到最大值。
3.传热数值模拟结果表明，换热器中换热流体的相态均为气体时，换热壁面的导热过程对换热器的综合传热效果的影响很小，换热壁面与换热流体间的热对流占主导地位，改变石墨烯复合涂层的导热系数，换热器的综合传热系数基本不变。换热器中的换热流体相态为液体时，导热过程在换热器的综合换热过程中的占比增加，石墨烯复合涂层的导热系数由0.2W·(m·K)-1升高到10W·(m·K)-1时，换热器的综合传热系数会发生明显提高。对流换热效果越强的换热器，改变石墨烯复合涂层的导热系数，换热器综合传热系数的变化越明显。
4.石墨烯复合涂层的导热系数在不同范围内发生变化时，省煤器等换热器的综合传热系数变化的速度存在较大差异，并且综合传热系数对石墨烯复合涂层的厚度的敏感性也不同。石墨烯复合涂层的导热系数较小时，提高石墨烯复合涂层的导热系数，气-水换热器和水-水换热器的综合传热系数明显提高，不同的石墨烯复合涂层厚度会引起换热器综合传热系数明显变化。石墨烯复合涂层的导热系数较大时，继续增加石墨烯复合涂层的导热系数，换热器的综合传热系数基本不再变化，对于换热壁面上石墨烯复合涂层厚度不同的换热器，综合传热系数也基本相同。