基于“火积”耗散理论的立式喷淋室性能热力学评价与优化

发布时间：2020-07-19 17:56

【摘要】：矿井回风流温度、湿度常年基本恒定,温度一般在15~30℃,湿度在90%以上,是一种优质的余热资源。矿井回风喷淋热回收系统耦合水源热泵在技术上可以实现对回风余热资源的利用,矿井回风喷淋热回收系统是核心研究对象。因此,本文针以气-水热湿交换作为研究对象,首先,在已有的水滴运动规律及受力分析的基础上,发展了气-水逆流热湿交换耦合二维水滴运动规律的数学模型,与实验结果对照良好。在考虑壁面对水滴运行轨迹的影响的条件下,推导得到了影响水滴碰撞壁面因素之间的关系式,分析了影响水滴碰撞壁面的因素。其次,围绕提高喷淋室湿空气与喷淋水热湿交换效果问题,针对高湿空气与喷淋水的热湿传递机理,立足热力学参数及?在传热传质基础的研究,为得到系统优化方法,在分析现有热力学参数在评价高湿空气与喷淋水热湿交换过程的不足的基础上,通过引入热力学参数,发展了用于描述气-水热湿交换的耗散模型,详细分析了气-水热湿交换过程中耗散损失情况,以耗散损失最小、耗散热阻最小为原则,发现了存在理想热湿交换过程,并提出了用于评价系统热力学完善度的参数。得到了优化水气比方程的表达式,为提高热湿交换效率及工程应用提供了理论参考。并通过模拟正交试验进一步对喷淋室结构、喷淋布置等参数进行了优化,得到了优化参数组合。本文引入了工程实例,为了解决因环境改变而造成的换热效率较低的问题,本文提出了矿井回风热能回收系统的控制方法,并通过和传统正交实验得到优化组合方法,从换热量和耗散热阻、?效率以及热力学完善度四个评价指标进行了对比分析。本文为喷淋室设计奠定了良好基础,得到了一系列数学模型、判据以及计算程序,其后续研究有望深化理论并指导其工程应用。
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD727.2
【图文】：

流程图,矿井回风,换热系统,喷淋

源大多没有得到很好的回收利用。1.1.2 矿井回风余热利用技术矿井回风余热回收系统耦合水源热泵系统联合使用可以有效的将矿井回风余热资源进行回收、利用，其原理见图 1-1 所示，系统的核心换热装置是由喷淋换热器和扩散塔组成，在主通风机的作用下，矿井回风转变为低速、均匀、稳定的气流，其气流温度、湿度常年恒定。制热工况：低温喷淋水（温度 5~10 ℃）和矿井回风饱和湿空气（温度 15-25℃）进行热湿交换，喷淋水吸收余热、余湿之后进入汇水池，通过除污装置进入热泵机组蒸发器，之后经热源循环泵输送至喷淋塔进行换热。热泵系统冷凝器释放热量给负荷侧，负荷侧循环喷淋循环水升温后为用户提供热源。矿井回风经过喷淋换热之后通过挡水板排至室外。制冷工况：负荷侧经热泵系统的循环喷淋水向矿井回风中释放热量，负荷侧循环水温度降低，之后输送至水源热泵机组，为用户提供冷源。此外，矿井回风喷淋换热器的使用还能大量去除回风中的煤尘颗粒，降低回风排除时风机产生的噪音，对节能、减排、降噪具有重要意义[4]。

模型图,交换物,喷淋水,水热

水滴群碰撞壁面比例较小。喷淋群在喷淋室内的运动规律。本文在对后续研究提供理论指导。气-水传热传质模型似，矿井回风喷淋换热器的本质就喷水室和冷却塔也有区别。喷水室空气的温度和湿度，直接将空气用的温度；而矿井回风喷淋换热器是空气（夏季）。装在回风井的扩散塔上，矿井的回向下逆向喷淋，这样水与回风之间到水中，同时也把回风中大量的灰板排入大气，吸收热量或冷量的水环回来进入换热器。

角条件,分速度,喷淋,垂直方向

因此本节以在气流中运动的单个水滴为研究对象，建立了描述下喷式热湿交换单元内水滴的二维运动方程。在此基础上，研究并分析了不同水滴初速度对下喷式热湿交换单元内水滴运动过程中速度随时间的变化、速度随下降距离的变化规律，同时考虑了水滴碰撞壁面对换热的影响，从而为热湿交换及参数的优化研究提供了理论依据。龙格－库塔(Runge-Kutta)法是一种用来求解微分方程组的隐式或显式迭代方法，其理论基础来源于泰勒公式，计算精度非常高，在实际工程中应用很广。在方程导数和初始值信息都已知的情况下，该方法利用计算机数值计算，省去了复杂方程求解过程。在软件平台上，编写子函数，建立常微分方程组，并应用四阶龙格－库塔法，对微分方程组（2-25）~（2-27）互相嵌套和关联求解，根据文献[37]较优热湿交换工况，已知初参数：水滴直径、水滴初速度、

【参考文献】