城市污水的流动特性理论研究

为了能使城市污水在污水源热泵方向进一步推广应用,以原生污水源热泵系统中的流动工质——城市污水为研究对象,采用理论推导与实验相结合的方法对城市污水在圆管中层流和紊流的流动特性进行分析与研究.结果表明:城市污水在流变性上体现为剪切稀化流体特性,可以通过临界广义雷诺数判别流态.在此基础上,通过理论推导得到了层流和紊流状态下的压降计算公式,并且通过阻力特性实验进行了验证.研究结果对原生污水源热泵系统中水泵的选择有一定的指导意义.     

直接式污水源热泵蒸发器、冷凝器污垢生长测试研究

直接式污水源热泵是用污水作冷热源直接进入热泵机组蒸发器、冷凝器进行换热的系统形式,相对于使用中间换热器的间接式污水源热泵来说,减少了换热损失,但其污垢的生长严重影响了机组的性能.以西安某污水处理厂直接式污水源热泵为研究对象,该系统以城镇二级出水为冷热源,在机组换热器清理维护后对其进行了供暖、供冷两个工况的连续测试.结果表明由于流动形式和温度条件的不同,蒸发器和冷凝器内污垢的生长规律有所不同,作者测试计算得到了二者传热系数随着污垢生长的衰减特性,拟合出了污垢的生长预测模型,可为污水源热泵系统的设计和应用提供参考.     

直接式污水源热泵机组两换热器的设计计算

在直接式污水源热泵系统中,污水满液式蒸发器和冷凝器的正确合理的设计是系统安全高效运行的关键.文章基于污水的流动阻力与换热特性,阐述了直接式污水源热泵系统中的污水换热器(冬季蒸发、夏季冷凝)的设计方法,以及管排的优化布置方式,编制了相应的设计程序,并结合实际算例给出了污水换热器的热工设计和管排布置的要点和设计所需的重要参数.结果表明:换热管污水侧为光管,无强化措施,增大流速不但可以提高对流换热系数,而且可以抑制污垢热阻稳定值;增加污水的流程数可提高流速进而改善换热,污水蒸发器和冷凝器中的污水以4流程为宜,且管排布置方式可分为水平布置和上下布置两种;提高污水换热器的整体性能,关键在于如何强化污水侧换热系数和减小管内污垢热阻.     

城市污水换热特性研究

为了解决城市原生污水低品位热源利用系统换热计算问题,依据污水的流变特性解析求解了定热流条件下圆管内污水的速度场和温度场,并获得了换热准则关系式.采用工程现场实验与理论计算的方法对圆管中污水的流动特性与换热能量方程进行了分析.结果表明:对于具有幂率流特征的城市污水,在广义雷诺数为4000～20000时圆管内紊流区的速度分布为v+=2.51lny++5.7;过渡区为v+=5.11lny+-3.22;层流区为v+=y+;与同条件下清水相似;而温度场较清水更复杂;对流换热准则关联式为Nuh=0.0196Reh0.91Pr0h.15.     

波纹管强化换热的计算机理及实验

针对波纹管的强化传热特性,采用理论程序分析与实验研究相结合的方法优化工程设计,提出了浸入式波纹管污水换热器的设计计算方法,并实测了利用该换热器的城市污水热能回收与利用系统的运行参数。测试结果显示:采用该计算程序设计的污水换热器的换热量完全满足建筑物的负荷要求。同时,与其他非金属污水换热器(铝塑管污水换热器、PP-R管污水换热器)的换热效果进行了对比实验,为浸入式污水换热器的优化设计和工程应用提供理论依据和技术参数。     

污垢对污水源热泵系统性能影响

为保证寒冷环境下污水生物处理顺利进行,根据哈尔滨某制药厂的实际情况,提出以处理后污水为热源的污水源热泵系统,用以加热原生污水.而污垢问题是污水源热泵设计和推广使用的难点和重点.讨论污垢与换热的理论关系,并详细模拟污垢热阻变化对该污水源热泵系统性能的影响.模拟和分析结果表明,换热器的淋激式结构适合污水环境,污垢对换热的影响不仅与污垢热阻有关,还与传热系数的大小有关.污垢热阻增加,系统能效比减小,制冷剂质量流量减少,冷凝器侧污水出口温度降低,当该温度低于30℃时应考虑除垢.污垢热阻从0增加到5.28×10-4m2.K/W,压缩机输入功率增大18.02%.污垢热阻越小,制冷剂就可以以越低的平均温度提升污水温度.     

能源与环保

国内首创原生污水源热泵系统大连葆光节能空调设备厂自主研发的原生污水源热泵系统,通过了专家鉴定委员会的严格审核及用户的实际应用后,这套系统被认定为国内首创、国际先进,开创了我国原生污水源热泵技术的先河,具有极大的推广价值。据介绍,城市污水的最大特点是冬暖夏凉,冬季污水温度一般在14℃～19℃,夏季温度稳定在22℃左     

铜管换热器内颗粒状污垢生长特性试验分析

污水源热泵系统的节能减排效益显著,污水的管内换热特性急需掌握。基于污垢热阻法建立光滑铜管管内污垢生长特性试验台,试验得出了人工污水颗粒状污垢管内的生长特性,并建立了其渐近型污垢积聚预测模型。试验发现,该人工污水在光滑铜管结垢的诱导期为21h,污垢热阻稳定时间为95h,稳定污垢热阻为1．5×10^-5m^2·K／W。     

城市原生污水冷热源圆管紊流换热特性

城市原生污水是一种可再生性清洁能源,流动换热特性是其作为冷热源应用的关键性问题.将污水视为均质单项非牛顿幂律流,分析圆管速度、温度分布,为推导污水流动换热准则关联式,定义非牛顿流的特征黏度、特征雷诺数、广义普朗特数,基于紊流边界层三模式结构,得到换热准则关联式,对比理论与实验曲线.以特征雷诺准则、广义普朗特表示的努谢尔特数具有普遍意义,理论与实验曲线吻合.     

开式原生污水源热泵系统取水运行特性分析

高效的城市污水取水技术是原生污水源热泵系统可靠运行的前提.针对现有相关技术的不足,提出了开式集成污水取水技术.通过定义网眼阻塞系数、污物密度、截面系数等重要参数,建立了表征其取水特性的数学模型,并提出了临界运行工况的参数条件,考察了各临界运行参数及不同旋转周期下网眼阻塞系数等的变化规律.     

基于塑铝管改进的城市污水热能供热系统

为了回收和利用城市污水热能,研制了以水源热泵为中心设备的污水热能回收和利用的实验系统。成功地获得了用塑铝管间接换热回收污水热能的技术方法,解决了污水热能利用的关键性问题,即换热设备的腐蚀问题,为污水热能实际工程应用奠定了技术基础。研究结果表明:污水热能回收实验系统满足冬季供热负荷的要求;系统平均供热系数为3.2,具有良好的环保性和节能性。     

基于污水源热泵的大型集中洗浴废水余热利用研究

利用污水源热泵来回收洗浴废水的部分热量是一种较好的余热回收利用方式。首先通过对洗浴废水的水质分析,得出了带过滤器的直接式循环热泵利用方式的可行性;并且对热水锅炉加污水源热泵回收余热的供热方式进行了热力学分析,给出了该系统的能量利用的合理性;最后,根据北京某高校集中式洗浴废水余热回收改造项目,通过对综合系统中一些关键因素的热经济性分析,提出了该系统最优的负荷匹配关系以及系统应用规模。     

声空化污水换热器的防除垢与强化换热实验

为解决污水源热泵系统中污水换热器结垢导致的热阻增大、传热效果恶化问题,将声空化技术引入污水换热器中.搭建声空化污水换热器的防除垢与强化换热动态实验台,研究防除垢与强化换热的数学模型,对不同影响参数下污水换热器换热管的污垢增长特性和防除垢规律以及强化换热效果开展实验研究.结果表明:换热管结垢量、结垢率、积垢速率及污垢厚度均随污水流速的降低而增大,最大结垢量为106 g,结垢厚度0.54 mm,积垢速率为12.6 kg/(m~2獉h);除垢率随流速及声空化作用时间的增大而增大,但非一直增大,最大除垢率达85.7%;污水黏度对各项指标影响巨大且流速越小影响越大;换热管的传热系数及其提高百分比均随声空化作用时间、污水温度以及污垢含水率的增加而增大,最大提高百分比达53.4%.故声空化污水换热器防除垢与强化换热具有一定的可行性和高效性,对节能减排具有重要意义.     

Experimental study on viscosity characteristic of sewage in urban untreated sewage source heat pump system

To confirm the rheological characteristic of sewage in the research and application of urban sewage source heat pump system, the viscosity of sewage was investigated. The tube-type rheometer was used in this experimental study, and the sewage was treated as homogeneous non-Newtonian fluid. In addition, the relational expression between viscosity parameters was developed, and the function of apparent viscosity was obtained. It is concluded that the viscosity characteristic of sewage is influenced largely by complex mixture in sewage, and the sewage has the characteristic of sheared densification fluid.     

污水源热泵系统节能和环保性能分析

开发新能源和节能是寻求能源出路的两大途径,通过介绍污水源热泵空调系统的工作原理,对其节能和环保性能进行分析与计算．若利用城市污水蕴含的大量热C冷）能,向建筑物供热和制冷,节约了煤炭和电能等高品位能源;减少了城市废热及COx,N0x,SOx,粉尘等污染物的排放,具有显著的节能和环保效果．     

Strong self-flushing technique for heat exchanger of sewage source heat pump system

To better remove the contamination on the surface of a heat-exchanger in urban sewage source heat pump system (USSHPS), this paper analyzes the feasibility of strong self-flushing on the basis of experiments and presents a new on-line self-flushing technique, which alternately flushes part of heat transfer tubes. In addition, operation principles and the structure of the new heat-exchanger are introduced and the feasible economical and technological cleaning plans are given by design calculation and scheme comparison. The result shows that keeping each tube washed for one minute with 5 m/s, the operating cost is lower than $5 and when one flushing pump alternately flushes 10-20 heat exchangers, the saved costs of flushing 10 tubes alternately are over 4 times of the increased costs.     

污水源热泵渠温受地温作用下的温变模型

为更广泛地应用原生污水源热泵技术,有必要对干渠污水与土壤的耦合特性进行深入研究和分析.调查并分析干渠散热时的物理模型与边界条件,基于虚拟热源镜像法,引入并假定土壤地温及其简化条件.理论解析干渠周边土壤温度场及干渠沿程温度函数,为适于工程应用,对渠程温变模型作近似处理与示例.研究表明:干渠散热时的物理模型与边界条件复杂,难以得到精确解.可理论解析近似得到干渠与土壤传热耦合模型,温度场是以同等埋深的土壤地温为渐近线的曲面,而渠温则终将趋于埋深处的地温,由两个特征常数决定.简化的模型适宜工程应用,符合物理机理.