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.     

污水源热泵在某工程中的应用

空调冷热源的设计在空调系统中占有至关重要的地位。从某综合楼空调系统冷热源设备选型出发,描述了污水源及污水源热泵的特点,分析了污水源热泵在该工程中的应用,并提出了利用＂污水源＋板式换热器＂替代冷却水塔提供冷却水的方法,从而为污水源热泵的选用和污水源的有效利用提供了理论依据。     

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.     

套管换热器湍流对流换热的数值模拟

为了获得换热器中强化换热管对换热性能的综合影响,笔者运用FLUENT软件,采用二维轴对称方法和k-ε模型对套管换热器的整体进行了数值模拟.分别模拟了光管和波纹管套管换热器在湍流情况下的换热性能.数值计算结果表明:光管套管换热器的总传热系数K的数值计算结果与经验公式计算结果吻合很好;与光管相比,在相同流动条件下波纹管可提高总传热系数120%,但随着Re增大,其影响逐渐减小.     

城市污水固态成分相关概念与参数测定

为了表征城市原生污水中固体杂物的成分和浓度,为污水热能利用过程中的防堵塞关键技术提供基础数据,定义了污杂物分级浓度、性质和形状分类等概念,并采用分级筛分法分别测定了两个典型污水渠内污水杂物的浓度数据.实验结果表明:城市原生污水中污杂物的总浓度在2.63~3.44 kg/m3之间,其中>4 mm的污杂物总浓度在1.03~1.13 kg/m3之间,对换热器容易造成堵塞的柔性丝条状杂物普遍集中在>4 mm的污杂物内,污水中小尺寸污杂物占大部分.因此对于污水换热器应当隔除>4 mm的污杂物而避免堵塞,同时对于大量小尺度杂物应做好防除垢工作.     

自动除污型污水-水换热器的数值模拟

针对污水源热泵污水侧除污问题,提出并设计了一种具有自动除污功能的壳管式换热器。基于分布参数法对其建立了稳态数学模型。采用矩阵控制的方法求解模型,并对其除污前后不同的污水、循环水流量,不同的换热面积下两侧流体的温度分布进行了研究。结果表明,当换热器面积设计偏大时会出现局部热量反交换现象,并指出了多发区。将除污功能应用于壳管式换热器,相应地减小换热器的体积,可使壳管式污水-水换热器在最佳工况下运行。     

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.     

波纹管传热及阻垢性能实验

根据强化传热理论,应用套管式换热实验台,选择基管外径分别为25 mm的光管和波纹管换热器进行传热性能及阻垢性能实验.实验结果表明:波纹管的总传热系数是光管传热系数的1.1~1.2倍;光管的污垢热阻比波纹管的污垢热阻约高出35%.     

新型不锈钢波纹管在2D12压缩机中间冷却器上的应用研究

采用波纹管代替壳管式换热器的直管,将波纹管的优点与壳管结构的优点结合起来,对新型不锈钢波纹管的结构和热工性能进行了研究,并对该不锈钢波纹管在压缩机中间冷却器上的应用进行了实际运行测试分析。     

管壳式换热器模块综合模拟方法研究

通过对折流板管壳式换热器壳程流体流动和传热特性分析,提出了1种模块综合模拟方法.该方法将折流板管壳式换热器壳程分为进口段、周期段和出口段,并分别进行模拟计算,而后将各部分模拟结果进行综合得到整个壳程的温差和压力降.并通过管壳式换热器传热性能实验和数值模拟结果进行对比,两者吻合较好,证明了该数值模拟方法的正确性.模块综合法可以减少计算模型的网格数量,提高计算速度,而且具有较高的精确性,可以用于较大型管壳式换热器的模拟计算,弥补了传统模拟方法的不足.     

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。     

城市污水的层流换热特性理论

为有效利用城市污水热能,以污水源热泵系统中的流动工质——城市污水为研究对象,通过理论分析的方法,对其层流状态下的换热特性进行理论推导和实验验证.结果表明:污水作为热泵的冷热源,有良好的换热特性,推导得出的换热准则关联式h=4.53λ/D,为污水源热泵系统设计提供依据,同时为应用污水余热技术提供理论基础.     

三次设计在热管换热器优化设计中的应用

利用可计算性项目的三次设计方法优选系统因素的最优参数组合。找出了热管换热器重要指标净回收热量的最优解,充分发挥了热管换热器在节能领域中的显著作用。同时,为完善热管换热器自身的优化设计提供了新的方法。     

气-气热管换热器的优化选型设计

热管是一种传热效率极高的新型传热元件 ,由热管组成的热管换热器具有结构紧凑、有利于控制酸露点腐蚀、工作可靠等优点。这种换热器在热能利用、废热回收等方面应用广泛。热管换热器形式多样、结构复杂 ,因而如何选择其形式是工程应用中的一个重要环节。以气 -气热管换热器中的典型代表———热管空气预热器为例 ,详细阐述了热管换热器整体优化设计及优化选型方法。以年净收益最大为目标函数 ,建立了优化设计的数学模型 ,并采用穷举法和复形调优法对热管换热器的热管基管直径、冷热流体侧翅片间距、翅片厚度、管束横向管间距及冷热流体的迎风流速进行优化。开发了热管换热器优化选型程序 ,同时通过对实例进行计算和分析 ,并与常规设计计算结果进行比较 ,最后得出结论 :通过优化设计既可节省大量的初始投资 ,又可降低运行成本 ,从而获得可靠的经济效益 ,为工程设计提供了设计思路。     

热管中冷器的传热与阻力特性

为了研究重力热管在车辆中冷器上的应用可行性,设计用于冷却高温增压空气的热管中冷器.选用水作为工作介质,在风洞实验台架上进行热管中冷器的传热和阻力性能实验.测试热管中冷器在不同冷侧空气流速、冷﹑热侧空气进口温差、热侧空气流量下的散热量和压力降,比较并分析测试结果.结果表明,热管中冷器具有良好的散热性能,在一定范围内可以满足高增压内燃机的散热要求.将实验结果与理论模型计算值进行比较,结果表明,实验值与理论计算值变化趋势吻合较好．     

基于CFD技术的双U型地埋管换热器传热热阻

以地热埋管换热器为研究对象,对换热器各环节热阻进行了数值模拟.模拟利用Fluent软件,建立双U型埋管换热器二维模型,并对钻孔内外各传热过程进行数值模拟.将模拟结果与理论计算结果进行了比较,并讨论管间距半宽、PE管外径以及钻孔半径的变化对PE管内热阻、钻孔内热阻和钻孔外热阻的理论公式计算精度的影响.结果表明:对于PE管内热阻和钻孔外热阻而言,其模拟值和理论公式计算值非常相近,而钻孔内热阻的理论计算公式精度较差,其计算值和模拟值之间存在较大偏差;且管间距半宽和钻孔半径对理论值与模拟值的相对误差几乎无影响,而钻孔内热阻的理论值与模拟值之间的相对误差会随着PE管外径的增大而变大.     

金属丝网波纹填料强化换热器壳侧传热研究

对一种利用金属丝网波纹填料强化管壳式换热器壳侧传热的方案进行了仿真研究。利用FLUENT软件通过求解多孔介质能量方程研究了金属丝网波纹填料对壳侧传热的强化效果,分析了不同空隙率的波纹填料以及不同入口速度对换热器壳侧传热性能的影响。结果表明：利用金属丝网波纹填料能够明显强化换热器壳侧传热,填料的空隙率越小、流体进入换热器壳侧的速度越小,传热效果越好。由于金属丝网波纹填料具有阻力小、压降低的优点,该强化换热器壳侧传热方案对于低入口速度工况下的换热具有独特优势。     

热管式换热器的热力学分析

目前对热管式换热器的研究大都是基于能量守恒定律,从传热学角度研究其传热性能,从热力学能量利用角度进行的研究相当少。本文以热力学第二定律为基础,用(火用)参数对气—气、气—水组合型热管式换热器进行了(火用)优化分析。提出了冷、热流体参数的优化选择方案,并且从热力学观点研究了这种类型换热器的工作效率。此外,本文也为换热器的(火用)分析提供了一个可行的研究方法。     

污水热利用的供需侧负荷动态匹配

对重庆某三级污水管网的流量动态特性、温度动态特性进行了分析,对某商场建筑的全年负荷进行了模拟。在此基础上,比较了商场建筑日峰值排热量与污水平均载热量的相对大小,找出最不利流量及其与建筑需求侧的差额。为了充分、合理的利用城市污水冷热资源,探索在污水流量不利工况下城市污水与城市建筑负荷之间的供需匹配方法,采用复合式系统弥补全年污水最不利流量时段污水平均载热量与建筑负荷的差值,并针对复合式系统提出了负荷分担原则及控制策略。