泡沫金属相变蓄热换热器在余热利用中的模拟

发布时间：2022-01-10 07:12

　　泡沫金属具有质量轻、体积小、换热面积大和热导率高等特点。利用泡沫金属优秀的导热性能及螺旋管的扰流能力,设计一台带有蓄热功能的螺旋管式烟气余热回收装置,以一台400 kW柴油机烟气数据为依据进行数值计算,考核装置在不同螺旋尺寸下的换热、蓄热能力,并结合工程实践考虑选取30 mm管径、40 mm螺距的螺旋管设计,蓄热材料为泡沫金属复合二元硝酸盐,金属基体为铝,填充材料为质量比3∶2的硝酸钾与硝酸钠混合物,相变材料与金属基的质量分数比为91.6%∶8.4%。结果表明,装置占用平台面积为3.3 m²,装置换热量为184 kW,蓄热功能的加入使余热回收装置对工况变化的敏感度降低了54%。可解决海洋石油平台余热回收面临的空间有限、余热资源不连续等问题。 

【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

蓄热换热器纵向剖面

据目前的温度范围,以材料的热力学指标、动力学指标、化学指标、经济性指标为参考依据,根据熔融盐价格低、使用温度范围广、储能密度大、可传热蓄热一体化,可选取质量配比为32∶33∶35的Li2CO3/Na2CO3/K2CO3或者质量比为60∶40的NaNO3/KNO3复合熔融盐作为蓄热材料。将蓄热材料注入泡沫金属孔隙中增大热导率。泡沫金属是一种优良的强化传热材料,常见金属有铜、铝、镍等。综合考虑蓄热材料各方面热力性能与物性参数,选定蓄热材料为泡沫金属复合二元硝酸盐,金属基体为铝,填充材料为质量比3∶2的硝酸钾与硝酸钠混合物,相变材料与金属基的质量分数比为91.6%∶8.4%(泡沫金属孔隙率为94%)。在烟气量较充足的情况下,具有高导热能力的泡沫金属复合相变蓄热材料由固态变为液态,蓄存热量;当烟气量不足甚至停机时,相变材料迅速放出热量辅助加热冷却水,提高蒸汽产量的稳定性,减小蒸汽产量变化对柴油机负荷的敏感程度。

为检验蓄热换热的蓄热换热性能,并获得在允许强度的最佳设计尺寸,在保证蓄热换热器外部尺寸不变的原则下,改变内部螺旋管内径和螺距尺寸,依次计算不同尺寸蓄热换热器的工作状态,并比较其蓄热、换热能力,装置基本物理模型如图3所示。为验证蓄热换热设备在各负荷下的适用情况,选取柴油机最大负荷时的烟气数据进行设计计算,并选取多个典型负荷的烟气数据进行校核计算。

【参考文献】：
期刊论文
[1]泡沫金属换热器内流动与换热性能的研究进展[J]. 王晓倩,刘益才,李根,龙杰.  真空与低温. 2019(01)
[2]船用膜式螺旋管换热器传热和流动特性研究[J]. 朱晓红,李海东,张卫东.  舰船科学技术. 2015(08)
[3]船舶柴油机余热利用技术研究[J]. 吴安民,周伟中.  柴油机. 2012(05)
[4]泡沫金属填充板式换热器的传热特性研究[J]. 程聪,张铱鈖.  压力容器. 2012(02)

硕士论文
[1]泡沫金属对相变蓄热强化性能的数值模拟及实验研究[D]. 刘凤青.河北科技大学 2010



本文编号：3580276