基于污水熱利用的熱管換熱器研究.pdf

1、污水是優(yōu)質(zhì)的可再生清潔資源,在廣泛踐行節(jié)能減排的當(dāng)今社會(huì)進(jìn)程中已成為建筑節(jié)能領(lǐng)域“開(kāi)源節(jié)流”的重要對(duì)象。污水源熱泵系統(tǒng)是污水熱利用的重要技術(shù)。對(duì)于較為常用的間接式污水源熱泵系統(tǒng)而言,緩解污水側(cè)換熱器低效率、易堵塞等瓶頸制約已經(jīng)成為污水源熱泵系統(tǒng)中急需解決的關(guān)鍵性問(wèn)題。熱管具有傳熱效果優(yōu)良、傳熱極限較高等優(yōu)勢(shì),熱管至今尚未應(yīng)用于污水熱泵領(lǐng)域。本文將熱管應(yīng)用于污水源熱泵系統(tǒng)中作為污水側(cè)換熱器主要構(gòu)件,研發(fā)新型的高效污水換熱器。本文通過(guò)理論分

2、析和物理實(shí)驗(yàn)的方法,驗(yàn)證熱管換熱器應(yīng)用于污水源熱泵系統(tǒng)中的可行性和優(yōu)化其傳熱效果,結(jié)合對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,探索將熱管換熱器應(yīng)用于實(shí)際污水熱利用工程的設(shè)計(jì)方法。論文從理論及實(shí)驗(yàn)兩方面開(kāi)展了深入的研究工作,研究結(jié)果對(duì)熱管換熱器應(yīng)用于實(shí)際污水源熱泵工程具有參考價(jià)值,對(duì)推動(dòng)城市污水冷熱資源建筑應(yīng)用具有積極意義。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、爬碚摲矫嬷饕獜臒峁艿慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳熱性能分析、換熱器熱力計(jì)算、換熱器管間距優(yōu)化設(shè)計(jì)等四個(gè)不同的層次開(kāi)展工作

3、：以污水源熱泵系統(tǒng)額定溫度工況對(duì)熱管進(jìn)行理論設(shè)計(jì),主要包括熱管工質(zhì)的選擇、管殼及端蓋設(shè)計(jì)、充液量的計(jì)算及熱管結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)；從理論角度分析熱管換熱器蒸發(fā)段及冷凝段各自傳熱性能,提出重力式熱管在運(yùn)行過(guò)程中傳熱極限的計(jì)算公式,分析蒸發(fā)段及冷凝段管內(nèi)工質(zhì)汽液界面熱阻計(jì)算公式,為論文后續(xù)進(jìn)行提供理論依據(jù)；根據(jù)熱管換熱器的傳熱原理,分析熱管換熱器的傳熱系數(shù)、傳熱溫差及傳熱面積計(jì)算公式,為后續(xù)換熱器設(shè)計(jì)、制作及實(shí)驗(yàn)奠定理論基礎(chǔ)；綜合理論分析,本文在

4、滿足熱管制作工藝的前提下,本著優(yōu)化傳熱及減少阻力損失的目的,通過(guò)fluent模擬方法,提出熱管換熱器管間距設(shè)計(jì)方法。
　　⑵實(shí)驗(yàn)方面主要開(kāi)展了三個(gè)實(shí)驗(yàn),即基于污水源熱泵額定溫度工況的可行性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、單根熱管冷凝段管外流體流向?qū)Q熱效果的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、熱管換熱器冷凝段管外流體流動(dòng)方式對(duì)換熱效果的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。主要從以下三個(gè)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：設(shè)計(jì)、制作污水熱管式換熱器模型,搭建污水源熱泵系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)模型；設(shè)計(jì)污水源熱泵額定溫度工況下熱管的啟動(dòng)可行

5、性實(shí)驗(yàn)、單根熱管冷凝段流體流向傳熱效果優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、熱管換熱器傳熱效果優(yōu)化實(shí)驗(yàn);③開(kāi)展各實(shí)驗(yàn)工況的設(shè)計(jì),進(jìn)行定量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試,分析和探討實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
　?、峭ㄟ^(guò)理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)：熱管應(yīng)用于污水源熱泵系統(tǒng)中是可行的。相對(duì)于傳統(tǒng)換熱器具有換熱效率高、不易堵塞、運(yùn)行阻力小、便于清洗管理等優(yōu)勢(shì)；熱管在換熱過(guò)程中,冷凝段管外流體流向逆流相對(duì)于順流對(duì)換熱效果有優(yōu)化作用；熱管換熱器在運(yùn)行過(guò)程中,冷凝段管外流體180°橫掠管束相對(duì)于流體90°橫掠管