2.1 蓖麻油脂肪酸的性能表征
    在蓖麻油/NaOH(摩尔比)为1∶4，反应体系中加入水的量为蓖麻油质量的100%的条件下，在不同温度条件下进行实验，结果如图1所示。由图1可知，随着反应温度的升高，皂化反应速率加快，在75℃时，反应时间大幅减少，这是因为随着温度升高，分子运动速度加快，分子间的碰撞几率增加，而在75℃反应过快，反应体系放热过多导致温度上升，使得反应速率进一步加快，故选择70℃较为合适。

    从化学计量数来算，蓖麻油/NaOH的摩尔比为1∶3时，蓖麻油就可以完全皂化，但由于皂化反应为可逆反应，故需使蓖麻油/NaOH的摩尔比大于1∶3。在反应温度为70℃，反应体系中加入水的量为蓖麻油质量的100%的条件下，分别设立了蓖麻油/NaOH的摩尔比为1∶3.5、1∶4、1∶4.5、1∶5进行实验，结果如图2所示。由图2可知，NaOH用量越多，反应体系中分子的浓度增加，从而导致分子间碰撞几率增大，故反应速度越快。但是，NaOH过量越多，就需要更多的酸进行中和，造成成本增加，且污染也加大。综合考虑，选取蓖麻油/NaOH的摩尔比为1∶4，较为合适。

    选用价格便宜、无毒、无污染的PEG-400作为催化剂，在蓖麻油/NaOH的摩尔比为1∶4，反应温度为70℃，反应体系中加入水的量为蓖麻油质量的100%，PEG-400的用量为蓖麻油质量的0.3%、0.6%、1.2%、2.5%、5%的条件下进行实验，结果如图3所示。由图3可知，增加催化剂PEG-400的用量，皂化反应时间明显减少，当PEG-400用量为蓖麻油质量的0.6%及以上，催化效果基本没有区别，这是因为PEG在NaOH水溶液和蓖麻油中都有一定的溶解度，具有相转移催化作用，当PEG-400用量在0.6%时，其相转移催化速率饱和，故用量在0.6%以上，催化效果基本不变。综合考虑NaOH用量、反应温度、催化剂用量等因素的影响，为使反应速率可控，不至于太过剧烈，选取反应条件为：蓖麻油/NaOH的摩尔比为1∶4，反应温度为70℃，催化剂PEG-400的用量为蓖麻油质量的0.3%最佳，在反应体系中加入水的量为蓖麻油质量的100%，反应36min即皂化完全。

2.2 植物油多元醇的性能表征
    在蓖麻油酸与环氧大豆油的摩尔比为6∶1，加入等质量的三乙胺和1-甲基咪唑为催化剂，加入分别为反应体系中总质量的0.74%，分别置于80、90、100、110和120℃的条件下进行反应，并每隔3h进行取样测其环氧值，计算环氧基的转化率，结果如图4所示。由图4可知，随着反应时间越长，环氧基的转换率越大，当反应时间达到12h时，环氧基的转化率基本已经达到最大。当反应时间一定时，环氧基的转化率随着温度升高而变大，在反应时间为12h，反应温度分别为110和120℃时的转换率分别为95.4%、95.8%，环氧基基本反应完全。综上数据，蓖麻油酸与环氧大豆油的开环反应的最佳反应温度为110℃，反应时间为12h，环氧基的转换率可达到95.4%，基本反应完全。

2.3 聚氨酯的性能表征
    选取反应温度为70℃，NCO/OH摩尔比为1.6，每半小时测定反应混合物中-NCO基的含量，结果如5所示。由图5可知，随着反应时间越长，反应混合物中-NCO含量越少，当反应时间达到2h后，其含量基本不变；由此可知，在70℃时，HDI与多元醇的最佳反应时间为2h。

    选取反应温度为70℃，反应时间为2h，测定不同NCO/OH的条件下，反应产物中残留NCO含量，结果如图6所示。由图6可知，产物中残留NCO含量在5%~8%之间，且随着NCO/OH摩尔比的增大，反应产物中NCO的含量也增大，NCO/OH越小，产物中NCO的含量越小，产物的毒性也越小，但是，NCO/OH太小，可能使多元醇反应不完全，故此，选取NCO/OH为1.6，其产物的NCO含量相对较小，且能够保证多元醇完全反应。
    取反应温度为70℃，反应时间为2h，NCO/OH摩尔比为1∶6的产物，进行红外光谱测试，得到产物的红外光谱图如图7所示。对产物进行红外光谱分析。图中3342cm-1为N-H的特征吸收峰，2877cm-1为-CH键的伸缩振动峰，2345cm-1为-NCO特征吸收峰，1726cm-1为-C=O特征吸收峰，1240cm-1为C-N键的特征吸收峰，说明产物中有氨基甲酸酯链段的生成，产物为聚氨酯。

    测试不同NCO/OH条件下聚氨酯的表干时间条件下聚氨酯的表干时间，结果如图8所示。由图8可知，随着NCO/OH的增大，聚氨酯的表干时间越短。聚氨酯的表干时间主要取决于-NCO基团的活性，聚氨酯中-NCO基团含量越高，其活性越大，-NCO基团与空气中的水分反应的几率也就越大，从而其表干时间也就越大。随着NCO/OH的增大，聚氨酯中残留的NCO含量越大，故其表干时间就越短。

    使用漆膜划格仪测试不同NCO/OH条件下聚氨酯的附着力，结果如图9所示。观察图9可知，随着NCO/OH的增大，产物聚氨酯的附着力在NCO/OH=1.6之前是逐渐增大的，在NCO/OH=1.6之后逐渐减小，其附着力在NCO/OH=1.6时达到最佳。这是因为在NCO/OH达到1.6之前，极性基团NCO相对含量越多，分子间的库伦引力和氢键作用越强，其附着力也就越大；示。由图8可知，随着NCO/OH的增大，聚氨酯的表干时间越短。聚氨酯的表干时间主要取决于-NCO基团的活性，聚氨酯中-NCO基团含量越高，其活性越大，-NCO基团与空气中的水分反应的几率也就越大，从而其表干时间也就越大。随着NCO/OH的增大，聚氨酯中残留的NCO含量越大，故其表干时间就越短。量越多，分子间的库伦引力和氢键作用越强，其附着力也就越大；当NCO/OH为1.6、1.8时，附着力达到最好；而当NCO/OH超过1.8之后，游离的-NCO基团越多，聚氨酯在固化过程中产生的气泡就越多，从而导致其附着力降低。

    进一步，在相同热流率的条件下，计算污垢厚度与时间的变化关系，结果如图7中的红点所示，缠绕管内的污垢厚度也大于直管。其原因也是因为缠绕管较高的传热效率造成较高的流体温度，导致沉积速率要远远大于相同热通量下的直管。导致缠绕管内的污垢厚度大于直管。但是如果调整热通量大小，使得缠绕管的出口温度与直管的出口温度一致，结果如图7中的蓝点所示，缠绕管内的污垢层厚度小于直管内的污垢层厚度。因为出口温度一致，故直管与缠绕管内流体温度相差不大，而沉积率受温度的影响较大，故两者沉积率一致；但在缠绕管内由于管内流体存在二次流，增加了剥蚀速率，故在相同的出口流体温度下，缠绕管的污垢厚度要小于直管。
    综上，在相同的工业生产条件下(恒定壁温或恒定热流)，缠绕管由于其较高的换热效率造成了管内流体温度较直管高，而沉积率是与温度强烈依赖的物理量，故造成缠绕管内的沉积率远大于直管，虽然在缠绕管内的二次流动可以在一定程度上增大剥蚀率，但在结垢过程中，剥蚀率远小于沉积率，故缠绕管内的结垢情况大于直管。但若有相同的换热需求，如需将某流体从20℃加热到50℃时，与普通列管式换热器相比，缠绕管换热器则可以达到消耗更少的能量且管内污垢更少的目的。