基于污水热利用的热管换热器研究

发布时间：2018-10-13 11:39

【摘要】：污水是优质的可再生清洁资源，在广泛践行节能减排的当今社会进程中已成为建筑节能领域“开源节流”的重要对象。污水源热泵系统是污水热利用的重要技术。对于较为常用的间接式污水源热泵系统而言，缓解污水侧换热器低效率、易堵塞等瓶颈制约已经成为污水源热泵系统中急需解决的关键性问题。热管具有传热效果优良、传热极限较高等优势，热管至今尚未应用于污水热泵领域。本文将热管应用于污水源热泵系统中作为污水侧换热器主要构件，研发新型的高效污水换热器。 论文通过理论分析和物理实验的方法，验证热管换热器应用于污水源热泵系统中的可行性和优化其传热效果，结合对实验结果的分析，探索将热管换热器应用于实际污水热利用工程的设计方法。论文从理论及实验两方面开展了深入的研究工作，研究结果对热管换热器应用于实际污水源热泵工程具有参考价值，对推动城市污水冷热资源建筑应用具有积极意义。 理论方面主要从热管的结构设计、传热性能分析、换热器热力计算、换热器管间距优化设计等四个不同的层次开展工作：①以污水源热泵系统额定温度工况对热管进行理论设计，主要包括热管工质的选择、管壳及端盖设计、充液量的计算及热管结构尺寸的设计；②从理论角度分析热管换热器蒸发段及冷凝段各自传热性能，提出重力式热管在运行过程中传热极限的计算公式，分析蒸发段及冷凝段管内工质汽液界面热阻计算公式，为论文后续进行提供理论依据；③根据热管换热器的传热原理，分析热管换热器的传热系数、传热温差及传热面积计算公式，为后续换热器设计、制作及实验奠定理论基础；④综合理论分析，本文在满足热管制作工艺的前提下，本着优化传热及减少阻力损失的目的，通过fluent模拟方法，提出热管换热器管间距设计方法。 实验方面主要开展了三个实验，即基于污水源热泵额定温度工况的可行性验证实验、单根热管冷凝段管外流体流向对换热效果的优化实验、热管换热器冷凝段管外流体流动方式对换热效果的优化实验。主要从以下三个步骤进行实验：①设计、制作污水热管式换热器模型，搭建污水源热泵系统试验平台模型；②设计污水源热泵额定温度工况下热管的启动可行性实验、单根热管冷凝段流体流向传热效果优化实验、热管换热器传热效果优化实验；③开展各实验工况的设计，进行定量的实验测试，分析和探讨实验数据。 通过理论推导和实验分析发现：①热管应用于污水源热泵系统中是可行的。相对于传统换热器具有换热效率高、不易堵塞、运行阻力小、便于清洗管理等优势。②热管在换热过程中，冷凝段管外流体流向逆流相对于顺流对换热效果有优化作用。③热管换热器在运行过程中，冷凝段管外流体180°横掠管束相对于流体90°横掠管束和纵掠管束对热管换热器的换热效果有优化作用。
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【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU831.4;X706

【参考文献】

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本文编号：2268485