船舶空压机站余热回收利用技术研究

发布时间：2020-10-27 18:30

　　 能源短缺、环境污染已成为世界共同关注的问题,节能减排、降低能耗,提高能源利用率是解决能源问题的根本途径。在我国工业领域内,工业余热资源丰富,在众多余热资源中,空压机是余热利用潜力极大的设备,近85%的电能以热能的形式排放到大气中。本文针对空压机余热资源,对余热综合回收利用进行了实验及相关模拟研究。主要工作如下:(1)首先,根据空压机运行时油气温度特点,以“油路为主、气路为辅”的回收原则,设计了一套油气余热综合回收系统。基于此,进行了模拟空压机余热回收实验台的设计及搭建,并在所搭建的实验台上进行了较为全面的余热回收实验研究。实验结果表明:在排气压力一定时,排气流量随润滑油温度的升高而减小;润滑油承载着大部分的热量,其热量约占总余热量的79.5%。在本文所研究的工况下,排气压力为0.6MPa、油温为70?C工况时,回收油气的热量分别为327.73KJ/min和84.35KJ/min,而且在油温为65~75?C范围内,自来水温度升高20?C以上时,可制备的热水流量为2~4L/min。因此,回收空压机油气余热是实际可行性的,并且余热回收效果显著。(2)以余热回收实验数据为基础,通过对条件的合理简化和假设,运用Fluent软件,建立与实验元件波纹参数相同的简化几何模型进行模拟分析,验证数值模拟的可靠性。模拟结果在传热性能与流动阻力方面与实验结果吻合较好。在此基础上,考虑不同波纹参数的传热特性和波纹板片受力,对换热器进行了流固耦合计算,获得了不同结构参数下板片的换热性能和应变分布。流固耦合结果表明:在本文所研究的波纹参数范围内,波纹倾角?=60?、间距?=12mm、波高h=5mm时的综合传热性能最佳;当油液粘度较高时,板片所受作用力较大,因此,换热器设计时应综合考虑换热性能、流动阻力及板片的受力问题。(3)针对空压机压缩空气脱湿干燥问题,本文提出了一种基于超音速喷嘴与旋流器相结合的超音速旋流分离技术用于压缩空气脱湿干燥的方法,并对这种方法的脱湿效果进行了相关模拟及实验研究。模拟结果和实验结果表明:气流经过喷嘴后速度增大、温度下降,为气液两相旋流分离提供了前提条件,并且该方法能够有效除去压缩空气中的部分水分,进一步提高气体干燥程度。在本文所选用的喷嘴尺寸及研究工况下,喷嘴进出口最大温差为7~8?C,不同工况下的平均脱湿效率分别为45.7%和51.3%。本文计算结果,对船舶空压机站余热回收的技术方案及板式换热器的改进设计和压缩空气脱湿方法都具有重要的借鉴作用。
【学位单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U664.5
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的和意义
    1.2 工业余热回收利用技术
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 空压机余热回收利用国外研究现状
        1.3.2 空压机余热回收利用国内研究现状
        1.3.3 压缩气体除湿/干燥技术研究现状
    1.4 本文主要研究内容
第2章 空压机余热回收原理及系统设计
    2.1 空压机工作原理
    2.2 空压机余热回收原理
    2.3 余热回收系统设计
    2.4 本章小结
第3章 空压机余热回收利用实验研究
    3.1 实验系统与工作原理
    3.2 实验内容、方案及步骤
        3.2.1 实验参数测量
        3.2.2 实验方案
        3.2.3 实验步骤
    3.3 实验数据处理与结果分析
        3.3.1 排气流量随润滑油温度变化情况
        3.3.2 油气余热回收量
        3.3.3 余热回收效果分析
        3.3.4 油气温度变化规律分析
        3.3.5 板式换热器换热效率
    3.4 本章小结
第4章 空压机余热回收换热器数值模拟与结构改进
    4.1 引言
    4.2 数值模拟可靠性验证
        4.2.1 几何模型及网格划分
        4.2.2 控制方程
        4.2.3 边界条件及求解设置
        4.2.4 数据处理
        4.2.5 数值计算与实验结果比较
    4.3 高粘性流体板式换热器数值优化研究
        4.3.1 物理模型及网格划分
        4.3.2 控制方程、边界条件及数据处理
    4.4 数值优化结果与分析
        4.4.1 波纹倾角对板式换热器的影响
        4.4.2 波纹间距对板式换热器的影响
        4.4.3 波纹高度对板式换热器的影响
        4.4.4 波纹板结构应变分布
    4.5 本章小结
第5章 超音速喷嘴在空压机压缩空气脱湿中的应用
    5.1 引言
    5.2 超音速喷嘴在压缩空气脱湿中的性能研究
        5.2.1 基本假设
        5.2.2 数学模型
        5.2.3 求解方法
        5.2.4 数值计算结果分析
    5.3 超音速喷嘴用于压缩空气脱湿中的实验研究
        5.3.1 实验系统
        5.3.2 实验方案及步骤
        5.3.3 实验数据处理与分析
    5.4 本章小结
第6章 结论
    6.1 主要结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
在学期间科研成果情况

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本文编号：2858891