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.     

污水源热泵污水侧流化除垢与强化换热性能

由小尺度污物引起的污垢等问题成为污水源热泵推广应用的瓶颈,该文首先探讨污水取水换热过程中污垢的形成机理;进而将液固循环流化床技术引入污水源热泵污水侧的防、除垢应用中,考虑碰撞应力以接触面中心呈对称分布的特点,对已有碰撞应力模型进行修正,并以垢层所受到的剥离力（液固两相流对垢层的剪应力与固体粒子对垢层的碰撞应力）来探讨液固循环流化床的防、除垢机理;最后进行液固循环流化床换热器防、除垢特性的实验研究。研究结果表明循环流化床换热技术可有效解决污水中小尺度污物所引起的污垢等问题。     

汽液固三相蒸发管内防除垢的数值模拟

假设汽液固三相循环流化床蒸发管内均匀覆盖一定厚度的硫酸钙结晶垢层,考虑垢层与流体间的耦合换热、管内流体泡核沸腾传热、汽液两相流体对垢层的剥蚀以及颗粒对垢层的碰撞磨损作用,初步建立了汽液固三相流系统防除垢的模型,并应用STAR-CCM+软件对其进行了数值模拟.结果表明,垢层表面温度和汽含率、污垢剥蚀速率以及颗粒对垢层的磨损速率都是影响汽液固三相蒸发管内防除垢的重要因素;增加表观流速和固体颗粒体积分数,可以降低垢层表面温度和汽含率、提高污垢剥蚀速率和磨损速率,进而可以强化蒸发管内的防除垢效果.     

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.     

纳米涂层在污水源热泵中的抗垢性研究

采用新型纳米抗垢涂料是解决城市原生污水冷热源系统污垢的有效措施之一.通过工程现场的实验,对XK-368钛纳米聚合物换热器专用涂料涂层管在污水冷热源系统中抗垢性能进行了测试.结果表明,在工程应用范围内,相同工作条件下,系统污垢达到稳定时纳米涂层管换热热阻约为普通无缝钢管的50%;结垢时间常数约为普通无缝钢管的2.5倍.表现出良好的抗垢性能.     

换热面上颗粒污垢生长特性的数值模拟研究

针对颗粒污垢在换热器中存在的沉积问题,本文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,借助Fluent软件,对换热面上颗粒污垢生长特性进行数值模拟,模拟了二氧化硅颗粒在圆管内的沉积过程,并结合相关经验公式,建立颗粒污垢剥蚀模型。模拟结果表明,二氧化硅颗粒在流速、入口温度和管壁粗糙度这3种运行工况下,其污垢热阻先增加后趋于平稳,一段时间后达到一个渐近值。随着流速的增加,颗粒结垢速率和污垢热阻渐近值逐渐减小;随着入口温度的增加,污垢热阻渐近值逐渐减小;随着管壁粗糙度的增加,污垢热阻渐近值和达到渐近值的时间都逐渐增大。因此,通过增大流速和入口温度,减小管壁粗糙度,可减小换热面上的颗粒污垢热阻。该研究为实际生产过程中的抑垢和除垢技术提供了理论参考。     

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。     

LNG绕管式换热器壳程两相降膜换热的数值模拟

随着LNG的发展与应用,对绕管式换热器的需求越来越大,而绕管式换热器换热性能的优劣将严重影响着液化工艺的水平。建立了绕管式换热器壳侧两相对流换热模型,利用FLUENT软件模拟分析了不同结构参数对换热器换热性能的影响。研究发现,换热器壳侧换热系数随质量流量的增大而增大,随缠绕角和换热管间距的增大而减小,随换热管管径的增大而增大。     

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.     

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。     

声空化及其强化传热技术研究进展

对声空化及其产生的物理效应的研究工作作了较为全面的描述,对国内外利用声空化实现强化传热的研究工作动态与进展作了全面系统的论述与分析,并结合对声空化现象的理论与实验的研究成果,概括了以往研究的主要结论.目前,其研究工作主要以实验为主,并在实验的基础上揭示声空化强化传热的物理机制.由于声空化及其效应的复杂性,声空化强化传热物理机制的认识、数学模型及准则关联式的建立是进一步研究工作仍将面临的问题.     

板式换热器运行参数影响结垢的权重及机理分析

对比实验研究了不同工况(冷却水入口温度、流速)下板式换热器松花江冷却水污垢特性,将污垢热阻与这两种运行参数进行了灰色关联分析,并就运行参数对其结垢的影响逐一作了机理分析。结果表明:板内污垢为析晶、生物等污垢共同组成的混合污垢,呈渐近型增长且无诱导期;冷水入口温度比流速更影响结垢;结垢机理为:冷水入口温度的提升,强化了污垢的附着、削弱了污垢层的脱除,结垢由对流传质和表面反应共同控制,低流速以对流传质为主,高流速以表面反应为主;流速对污垢剥蚀的影响强于沉积,故流速增加,净结垢量减少,污垢增长率减小。     

套管式地下换热器传热模型及其特性分析

通过对套管式地下换热器传热过程的分析,在已有套管式地下换热器传热模型基础上,考虑管内流动和传热,提出了集管内流动与土壤导热相耦合的传热分析模型,并利用有限元数值计算方法进行了传热特性的分析。讨论了埋管管径组合和流体流速对流体出口温度及单位埋管换热量的影响。此外,还系统地研究了连续运行模式和可变负荷运行模式的地下传热特性,阐述了地下换热器高效运行的控制策略和影响。     

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.     

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。     

Experimental study on thermal resistance of fouling in heat exchangers of sewage source heat pumps

To investigate the formation of fouling in sewage heat exchangers,a model of thermal resistance with time is developed based on the experiments in a practical engineering site. And this model is asymptotic exponential function. According to the characteristic of sewage heat exchangers,the effective thermal resistance and effective coefficient of heat transmission during the formation of fouling are defined. A model for pressure loss of fouling of asymptotic distribution is presented based on the model of thermal resistance of fouling. And the maximum absolute margin of error of the fouling thermal resistance is smaller than the typical allowable error range. The maximum relative error of the heat transfer coefficient is 12% . These can meet the requirements of engineering. The results of experiments provide a basis for further study and application of swage heat exchangers.     

高温热管翅强化管内换热的数值模拟

将高温热管翅作为翅片强化换热的设备,可以大大地提高换热器的传热能力。为预测高温热管翅强化传热性能,推动高温热管翅的开发与应用,将12根高温热管翅的冷凝段排成2排置于管道内组成换热设备。运用FLUENT软件,选用TGrid网格技术方法、k-ε湍流模型、SIMPLE压力-速度耦合方法对该换热设备进行数值模拟计算。数值模拟结果直观地表征了高温热管翅强化管内换热的温度场、速度场以及对流换热系数场;表明管道换热设备内因为有了高温热管翅,流动速度加大,表面换热能力加强。第1排热管翅的换热系数高于第2排热管翅的换热系数。随流量的增加,对流换热系数增大。数值计算结果与实验结果进行比较,表明理论值与实验值的基本趋势相吻合。     

波纹管传热性能与污垢特性实验

采用污垢热阻动态试验法对波纹管和光管的流动阻力、污垢性能和传热性能进行实验研究,用氯化钙和碳酸钠配制硬度为800mg/L的硬水,在流速为0.25m/s,水浴温度为60℃的条件下,对两者析晶污垢进行了对比实验.两套实验系统都在一个恒温水浴内,设备系统的主体用两根管模拟换热器,一根为光管,另一根为波纹管.实验中,水泵将工作介质由低位水箱送至高位水箱,高位水箱向实验管分别同时提供水源,通过溢流式水位调节器保持恒定的水位.结果表明,波纹管具有良好的抗垢性能,表现出诱导期长、结构速率慢、污垢热阻小等优点;其平均传热系数都大于光管,表现出了良好的强化传热特性.