防冻型热管换热器在井筒预热新风方面的实验研究
发布时间：2022-10-18 19:52
煤矿日常生产过程中,井口防冻是煤矿冬季安全生产的一个重要保证,井口结冰会影响矿井生产设备的正常运行,严重的甚至会造成重大事故。传统井口防冻换热装置,是通过高温蒸汽或热水加热空气,再由风机将热空气送入井下,即高温蒸汽或热水与空气之间进行热量交换的加热模式。当系统某运行环节出现问题时,停留在换热器中的热水无法及时排出,若遇极端天气,极易结冰,导致散热器的铜管冻裂,因换热器内部存留水结冰而发生换热器管路崩裂引发的安全事故每年都会发生。因此,如何改变现有技术中,矿井井口防冻换热器内部存留水因结冰造成散热器损坏的现状,是本领域技术人员亟待解决的问题。本文设计并制造了一种新型相变式重力热管换热器,该换热器通过内部制冷剂的相变传热来吸收热水热能,加热送风井新风,使加热后的新风满足冬季井筒防冻需求。通过热管真空度控制,当低温循环热水温度低于触发防冻能力设定温度时,制冷介质停止蒸发并停留在蒸发段,无法上升至冷凝段,设备换热停止;冷凝段虽被冷空气冲刷,但由于热管内部为空管状态,因此不会因内部滞留液体结冻而导致管壳崩裂,有效延长设备使用寿命。通过12个周期的实验运行与数据分析,确定了热管换热器的最佳制冷剂为...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 井筒防冻研究现状
1.3 课题研究内容与技术路线
1.3.1 课题研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 相变式重力热管换热器
2.1 换热器
2.1.1 换热器简介
2.1.2 换热器分类
2.1.3 热回收设备在矿井应用中的优劣势对比
2.2 热管式换热器
2.2.1 热管原理
2.2.2 热管结构
2.2.3 热管换热器类型
2.2.4 热管的工作极限
2.2.5 热管理论
2.2.6 热管应用于矿井新风加热的优势
2.3 防冻型重力热管换热器加热井筒新风工作原理
2.4 本章小结
第3章 热管结构设计与分析
3.1 结构设计参照的典型案例
3.2 热管结构设计
3.2.1 工质与管材选择
3.2.2 热管排列方式与放置形式
3.2.3 热管换热器长度比
3.2.5 管径与扩展表面选择
3.2.6 热管根数与排列方式
3.3 热管结构分析
3.3.1 热管的热阻
3.3.2 传热系数
3.3.3 翅化效率和翅化比
3.3.4 气体绕流翅片管时的放热系数和阻力
3.3.5 流体绕流光管管束时的放热系数和阻力
3.3.6 热管的工作温度
3.3.7 传热平均温差
3.4 本章小结
第4章 热管实验台设计与安装
4.1 实验台功能介绍
4.2 热管换热器
4.3 热管制冷剂快充阀门设计
4.4 传热介质填充装置设计
4.5 实验台辅助设备选型
4.5.1 实验台系统图
4.5.2 相关设备选型
4.5.3 数据采集装置与控制装置
4.6 本章小结
第5章 实验运行与结果分析
5.1 实验台运行过程
5.2 实验结果分析
5.2.1 热管启动温度与工作温度
5.2.2 气体绕流翅片管时的放热系数和阻力
5.2.3 流体绕流光管管束时的放热系数和阻力
5.2.4 传热系数
5.2.5 真空度对热管工作温度的影响
5.3 本章小结
第6章 热管换热器在邢台矿的工业性实验
6.1 设备测验运行背景
6.2 工业性实验内容
6.3 工业性实验安装
6.4 设备运行数据
6.5 工业性实验结论
第7章 主要结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间发表的学术论文和研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井回风余热回收用热管换热器的优化设计[J]. 鲍玲玲,李亚楠. 煤矿机电. 2018(01)
[2]热管换热器回收煤矿回风余热预热矿井进风研究[J]. 张明光,张培鹏,陈惠宁,许丽娜. 煤矿安全. 2014(05)
[3]自然风压对矿井通风系统的影响及治理对策[J]. 左照全. 山西焦煤科技. 2013(09)
[4]阜山金矿井筒防冻方案的研究[J]. 扈守全,梁超,柳华杰. 采矿技术. 2013(04)
[5]矿井余热利用技术研究现状及展望[J]. 韩磊,裴婷. 应用能源技术. 2013(05)
[6]利用自然风压解决冬季井筒结冰问题[J]. 王清来,杨成林. 采矿技术. 2012(06)
[7]冬季矿井入风预热方案比较和选择[J]. 连海瑛. 现代矿业. 2012(08)
[8]关于专用进风井井筒防冻必要性的探讨[J]. 舒晓波. 煤炭工程. 2011(07)
[9]浅谈矿井井筒防冻设计[J]. 金广家. 煤矿现代化. 2011(02)
[10]有效利用设备余热 解决井口预热[J]. 王占楼. 矿业工程. 2010(06)
博士论文
[1]两淮煤田地温场分布规律及其控制模式研究[D]. 徐胜平.安徽理工大学 2014
[2]用于电子冷却的平板热管均热器及其传热特性研究[D]. 王晨.北京工业大学 2013
[3]多功能变工况热泵系统分析及其在梧桐庄矿的应用研究[D]. 刘存玉.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]动力型热管内R134a流动凝结特性实验研究与数值模拟[D]. 邵杰.青岛大学 2017
[2]单线内螺纹重力热管强化换热实验研究[D]. 杜斌.青岛理工大学 2016
[3]重力热管换热器传热分析与数值模拟[D]. 程冉冉.江苏科技大学 2016
[4]污泥过热蒸汽联合干燥及热管余热利用设备研究[D]. 曹伟.南昌航空大学 2015
[5]工业锅炉（窑炉）节能工艺技术研究与应用[D]. 刘雨洋.合肥工业大学 2015
[6]限电背景下光伏发电项目投资策略研究[D]. 杨智奇.上海交通大学 2014
[7]低温工业废水余热提取技术研究[D]. 张传龙.天津大学 2014
[8]螺纹槽重力热管传热性能实验研究[D]. 杜猛.青岛理工大学 2014
[9]矿井总回风热能回收综合利用研究[D]. 孙冠男.辽宁工程技术大学 2012
[10]高水分远程惰气发生器的换热研究[D]. 周丽萍.湖南科技大学 2009
本文编号：3692948
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 井筒防冻研究现状
1.3 课题研究内容与技术路线
1.3.1 课题研究内容
1.3.2 技术路线
第2章 相变式重力热管换热器
2.1 换热器
2.1.1 换热器简介
2.1.2 换热器分类
2.1.3 热回收设备在矿井应用中的优劣势对比
2.2 热管式换热器
2.2.1 热管原理
2.2.2 热管结构
2.2.3 热管换热器类型
2.2.4 热管的工作极限
2.2.5 热管理论
2.2.6 热管应用于矿井新风加热的优势
2.3 防冻型重力热管换热器加热井筒新风工作原理
2.4 本章小结
第3章 热管结构设计与分析
3.1 结构设计参照的典型案例
3.2 热管结构设计
3.2.1 工质与管材选择
3.2.2 热管排列方式与放置形式
3.2.3 热管换热器长度比
3.2.5 管径与扩展表面选择
3.2.6 热管根数与排列方式
3.3 热管结构分析
3.3.1 热管的热阻
3.3.2 传热系数
3.3.3 翅化效率和翅化比
3.3.4 气体绕流翅片管时的放热系数和阻力
3.3.5 流体绕流光管管束时的放热系数和阻力
3.3.6 热管的工作温度
3.3.7 传热平均温差
3.4 本章小结
第4章 热管实验台设计与安装
4.1 实验台功能介绍
4.2 热管换热器
4.3 热管制冷剂快充阀门设计
4.4 传热介质填充装置设计
4.5 实验台辅助设备选型
4.5.1 实验台系统图
4.5.2 相关设备选型
4.5.3 数据采集装置与控制装置
4.6 本章小结
第5章 实验运行与结果分析
5.1 实验台运行过程
5.2 实验结果分析
5.2.1 热管启动温度与工作温度
5.2.2 气体绕流翅片管时的放热系数和阻力
5.2.3 流体绕流光管管束时的放热系数和阻力
5.2.4 传热系数
5.2.5 真空度对热管工作温度的影响
5.3 本章小结
第6章 热管换热器在邢台矿的工业性实验
6.1 设备测验运行背景
6.2 工业性实验内容
6.3 工业性实验安装
6.4 设备运行数据
6.5 工业性实验结论
第7章 主要结论与展望
7.1 主要结论
7.2 展望
致谢
参考文献
作者简介
攻读硕士学位期间发表的学术论文和研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]矿井回风余热回收用热管换热器的优化设计[J]. 鲍玲玲,李亚楠. 煤矿机电. 2018(01)
[2]热管换热器回收煤矿回风余热预热矿井进风研究[J]. 张明光,张培鹏,陈惠宁,许丽娜. 煤矿安全. 2014(05)
[3]自然风压对矿井通风系统的影响及治理对策[J]. 左照全. 山西焦煤科技. 2013(09)
[4]阜山金矿井筒防冻方案的研究[J]. 扈守全,梁超,柳华杰. 采矿技术. 2013(04)
[5]矿井余热利用技术研究现状及展望[J]. 韩磊,裴婷. 应用能源技术. 2013(05)
[6]利用自然风压解决冬季井筒结冰问题[J]. 王清来,杨成林. 采矿技术. 2012(06)
[7]冬季矿井入风预热方案比较和选择[J]. 连海瑛. 现代矿业. 2012(08)
[8]关于专用进风井井筒防冻必要性的探讨[J]. 舒晓波. 煤炭工程. 2011(07)
[9]浅谈矿井井筒防冻设计[J]. 金广家. 煤矿现代化. 2011(02)
[10]有效利用设备余热 解决井口预热[J]. 王占楼. 矿业工程. 2010(06)
博士论文
[1]两淮煤田地温场分布规律及其控制模式研究[D]. 徐胜平.安徽理工大学 2014
[2]用于电子冷却的平板热管均热器及其传热特性研究[D]. 王晨.北京工业大学 2013
[3]多功能变工况热泵系统分析及其在梧桐庄矿的应用研究[D]. 刘存玉.中国矿业大学（北京） 2013
硕士论文
[1]动力型热管内R134a流动凝结特性实验研究与数值模拟[D]. 邵杰.青岛大学 2017
[2]单线内螺纹重力热管强化换热实验研究[D]. 杜斌.青岛理工大学 2016
[3]重力热管换热器传热分析与数值模拟[D]. 程冉冉.江苏科技大学 2016
[4]污泥过热蒸汽联合干燥及热管余热利用设备研究[D]. 曹伟.南昌航空大学 2015
[5]工业锅炉（窑炉）节能工艺技术研究与应用[D]. 刘雨洋.合肥工业大学 2015
[6]限电背景下光伏发电项目投资策略研究[D]. 杨智奇.上海交通大学 2014
[7]低温工业废水余热提取技术研究[D]. 张传龙.天津大学 2014
[8]螺纹槽重力热管传热性能实验研究[D]. 杜猛.青岛理工大学 2014
[9]矿井总回风热能回收综合利用研究[D]. 孙冠男.辽宁工程技术大学 2012
[10]高水分远程惰气发生器的换热研究[D]. 周丽萍.湖南科技大学 2009
本文编号：3692948
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