真空冷凝换热性能模拟与实验研究
本文关键词：真空冷凝换热性能模拟与实验研究 出处：《浙江大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
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【摘要】：真空锅炉由于其安全可靠、效率高、热媒温度灵活可变等优点目前在暖通空调和锅炉研究领域饱受青睐。课题以0.35MW真空热水锅炉为研究对象,在模拟工况的基础上,搭建了小型真空热水锅炉实验台,并结合宁波富尔顿热能设备有限公司提供的试验样机进行现场中试实验测试与分析,对真空锅炉在运行过程中存在的换热波动以及出水温度不均等影响性能稳定的因素进行了系统的分析研究。从真空环境下沸腾-冷凝共存、换热管束存在的管束效应两个角度分析了对换热的影响,得出了汽液两相逆流、间歇泉效应、管束结构布置等不稳定因素引起了换热过程的波动与出水温度不均。课题主要研究内容如下： 一、真空冷凝换热机理分析。分别从整体和局部两个角度分析换热过程,从理论上找出影响真空锅炉换热过程不稳定的因素。结合现场运行测试实验,将其与理论计算结果进行比较,总结出影响真空锅炉换热不稳定的主要因素为蒸汽的含湿量、蒸汽的流场、冷凝液的流动、真空空间的压力、温度、换热器的尺寸等因素。 二、换热管冷凝换热模拟。在充分考虑液膜的厚度,管壁的厚度的基础上对换热管进行流固热耦合换热模拟。采用正交实验设计方法,将模拟的结果与实验所得数据进行比较分析,找出了最优工况方案,模拟所得换热系数与实验室实验结果趋势大致相同。由于考虑了冷凝液膜的厚度,换热管沿程管外壁的温度要远远小于理论计算所得换热系数。因此,管外冷凝液膜热阻对换热过程影响较大。 三、单管管外真空冷凝换热特性试验研究。搭建三回程单根换热管小型实验平台,在对换热器进行模拟的基础上,对管外冷凝换热特性实验进行研究。将实验结果与理论结果进行比较得出结论：管壁温度沿流体流动的方向逐渐升高,而不是理论上的温度均匀；入口段流体温度上升较快,其他阶段均近似正比例曲线逐渐上升；真空环境下冷凝换热系数与理论计算结果相差20%左右。 四、中试试验台的研究。对实验用炉不同位置的换热管进出口温度进行监测,根据监测所得数据进行分析。所得结果与理论分析结果趋势基本一致。真空锅炉出口温度的不稳定常常伴随着壳体内压力的波动。排列靠近中心位置的换热管的换热系数明显低于边排换热管的换热系数。因此,改变壳体内的蒸汽流场使之更充分的接触每根换热管以及增大饱和蒸汽的干度能更好的提高真空锅炉的换热效率。 五、文章在研究的基础上提出了两种新型结构的真空锅炉：分体式真空热水锅炉和内嵌锅筒式真空热水锅炉,两种锅炉均将蒸汽和冷凝液通道分开,增大了蒸汽的干度,消除了冷凝液和蒸汽的逆流,减弱了管束效应。 提高管外冷凝换热系数需要从提高单管管外冷凝换热系数与管束外冷凝换热系数两个方面来优化。提高单管管外冷凝换热系数可以从改用珠状冷凝换热管,减少膜状冷凝引起的热阻,设计合理长径比的换热管等方面进行优化。提高管束换热系数可以从加装折流挡板,合理设计内部结构以疏通蒸汽通道等方面进行改造。这些均为真空锅炉今后的研究与发展提供了一个明确的方向。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK221
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，本文编号：1320532
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