空气-水直接接触高效传热过程及设备研究

发布时间：2020-06-16 21:26

【摘要】：目前世界和中国面临着能源紧缺的问题，开发利用海洋热能等低品位可再生能源是优化能源构、缓解能源紧缺、保持可持续发展的有效途径。低品位热能的开发利用需要高效的换热技术和装置，填料塔内的空气-水直接接触传热是一种高效的传热方式，可以作为开发利用低品位能源的有效的技术手段。自行建立了一套高效的、结构合理的空气-水直接接触传热设备，并进行了填料塔内空气-水直接接触传热过程的实验研究，取得了理想的低传热温差和很高的体积传热系数和体积传热速率，发现了操作条件等因素对体积传热系数和体积传热速率的影响规律，提出了两种以海水为冷热源的空调方案，并进一步进行了空调方案的设计和计算。本研究对开发利用低品位水(海水)热能提供了一条有效地途径，并为空气-水直接接触传热过程和装置的研究和设计应用提供了一定的指导和参考。研究的主要成果及结论如下： 1．根据填料塔内空气-水直接接触传热设备的特点和要求，自行搭建了实验设备，并根据实验的需要和实验过程中出现的新问题对设备进行了改进和完善。在塔内填料层上方安装了液体分布装置，优化了冷却水的分布状况；在塔头部位加装了除雾沫夹带装置，去除了出口空气中夹带的雾滴，保证了温度测量和换热计算的准确性；在塔底部位加装了液封装置，避免了空气从排水管道溢出，保证了空气流量测定和换热计算的准确性。 2．实验研究取得了理想的传热温差和很高的体积传热系数、体积传热速率和换热效率。在采用合理可行的水气比的情况下，传热温差(T_2-t_1)可达到2℃以内，对于利用低品位的水源热能如海水热能具有重要意义；采用Dg16聚丙烯CMR散堆填料时体积传热系数可达5000～35000 W／(m~3·℃)，大大高于国外的某相似研究结果，而使用规整填料时，即使在水气分布不太理想的情况下，体积传热系数也可以达到40000 W／(m~3·℃)左右；CMR填料的体积传热速率则大都处于50～200kW／m~3之间，而规整填料则在水分布不太理想的情况下就可以达到300 kW／m~3。实验取得了很高的体积传热速率。CMR填料的体积传热速率基本处于 50一200kw/m“之间，而使用规整填料、在水分布不太理想的情况下，体积传热速率就可以达到300 kw/m，。 4.通过对大量实验数据的分析处理，得到了水质量流量、空气质量流量、空气湿度等操作条件及填料高度等其它因素对于体积传热系数、体积传热速率等参数的影响规律。其中，水质量流量在填料层高度为0.3m，0.6m，0.8m时，与体积传热系数成线性关系，与国外已发表的文献相同。而在填料高度为 0.95m，1.2m，1.4m时，两者呈对数关系:h，二alnL一b。另外，还拟合出了三种形式的水质量流量与体积传热速率的关系曲线，并且对曲线的出现条件及其对于确定操作条件等参数的作用进行了讨论。通过一系列规律的发现，为确定装置的最优的操作条件和填料塔内空气一水直接接触传热方式的进一步的理论和应用研究提供了参考。 5.在取得的实验数据和规律基础上，进行了填料塔内空气一水直接接触传热装置与高效的管翅式换热器的换热性能和能力比较，发现前者具有更好的换热性能和换热能力。以温度相同的海水为冷源，分别以直接接触换热方式和间接式换热方式冷却温度、湿度流量相同的湿空气，经过计算发现直接接触换热方式比间接式换热方式具有冷出气温度更低、传热能力更大、体积更小、用水量更少等诸多方面的明显优势。 6.在不断完善设备和认识传热过程规律的基础上，结合低品位海水热能的其它利用方式，提出了两种以海水为冷热源的供冷供热方案，即海水直接换热供冷供热方案和热泵+直接换热方案，并进一步对此两种方案进行了流程设计。根据实际应用的可能性，参考户式空调和集中供冷供热系统，分别进行了小型(户式)和大型(集中供冷)两种空气一水直接接触高效换热供冷方案的设计和计算。两种装置在COP和年用电费用方面均优于传统空调。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：P733.41

【参考文献】

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