添加剂减阻技术在集中供暖系统中的节能应用

论文摘要

本文首先介绍了我国青岛某集中供暖系统中进行了表面活性剂减阻技术的实际应用的实验研究,通过该实际系统实验对表面活性剂减阻技术的减阻节能效果进行了验证。同时提出了在实际应用过程中出现的一些问题,如:表面活性剂减阻时效性差减阻不稳定;减阻剂本身存在一定程度腐蚀性。针对减阻时效性差这一问题,文章通过进一步的实验室研究对表面活性剂减阻溶液在充分发展直管段内的减阻效果,以及影响减阻效果的三个因素(浓度、温度、雷诺数)进行了实验分析。实验结果表明:在管径D=26mm的充分发展直管段内,CTAC/NaSal减阻溶液浓度为200～600 mg/L时均出现了不同程度的减阻效果不稳定现象,当溶液浓度增加到800mg/L时,在溶液温度小于60℃,溶液流动雷诺数小于105时产生了高达81%的高效而稳定的减阻现象。同时,本文通过实验室实验研究对一些局部管件内的减阻效果进行了分析。研究结果表明,局部管件内的减阻效果都很差,且影响其内减阻效果的因素包括:局部阻力系数大小、自身结构、以及影响减阻溶液直管段减阻效果的一切因素。将实验室研究结果与减阻中存在的“管径效应”和实际系统中管道壁面对减阻剂的吸附作用相结合,可以得出实际系统中可能的有效减阻浓度为1500mg/L,在该浓度下可以得到56%的高效减阻,减阻有效期长达1年。实验室还进一步对表面活性剂溶液在暖气片内的换热和流动性能进行了分析,实验结果表明:对表面活性剂溶液在暖气片内的流动,当流动处于湍流状态时,其换热和减阻性能都得到了不同程度的抑制,且当内部流动产生高的壁面剪切力时可以有效达到提高换热的目的;当流动处于层流状态时,出现增阻和强化换热现象。最后文章对表面活性剂溶液在管壳式换热器内的换热性能进行了强化设计。综合考虑表面活性剂溶液的强入口效应和对高剪切力的敏感特性,通过在管壳式换热器的管程段加入集箱式折流板有望得到大大提高其换热性能。不过目前为止该方法的强化换热效果只是得到了工质为水时FLUNENT软件的模拟验证,计算结果良好,有助于该方法进一步地发展研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源及相关背景
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 表面活性剂的性能研究
• 1.2.2 添加剂减阻原理
• 1.2.3 表面活性剂溶液的流动和换热特性研究
• 1.2.4 表面活性剂减阻技术在集中供暖系统中应用研究现状
• 1.3 论文构思及主要研究内容
• 1.3.1 论文构思
• 1.3.2 论文主要研究内容
• 第2章 添加剂减阻在实际集中供暖系统应用实验
• 2.1 引言
• 2.2 系统概况
• 2.3 实验条件及过程
• 2.4 实验结果及分析
• 2.4.1 减阻剂减阻增输现象
• 2.4.2 减阻剂对系统温度的影响
• 2.5 系统节能增输效果分析
• 2.6 问题及讨论
• 2.7 本章小结
• 第3章 直管段内减阻溶液减阻效果实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验台介绍
• 3.2.1 实验系统和测量工具简介
• 3.2.2 数据采集系统的介绍
• 3.2.3 实验所采用试剂信息
• 3.2.4 实验准备
• 3.3 不同浓度表面活性剂减阻溶液在直管段内减阻效果研究
• 3.3.1 实验过程
• 3.3.2 实验测量参数
• 3.3.3 实验结果及分析
• 3.4 有效减阻雷诺数范围
• 3.4.1 实验数据处理
• 3.4.2 实验结果分析
• 3.5 不同温度表面活性剂减阻溶液在直管段内减阻效果研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 减阻溶液在局部管件内流动特性实验研究
• 4.1 引言
• 4.2 局部管件实验段布置简介
• 4.3 实验原理和实验方法
• 4.4 减阻溶液在不同尺寸90 度弯头内流动特性研究
• 4.4.1 实验测量参数
• 4.4.2 实验结果与分析
• 4.5 减阻溶液在不同类型三通内流动特性研究
• 4.5.1 实验测量参数和数据处理
• 4.5.2 实验结果与分析
• 4.6 减阻溶液在不同类型变径管内流动特性研究
• 4.6.1 实验测量参数
• 4.6.2 实验结果与分析
• 4.7 不规则管段与直管段减阻效果比较
• 4.8 本章小结
• 第5章 减阻溶液在暖气片内流动与换热实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 减阻溶液在暖气片内的减阻和换热效果研究
• 5.2.1 实验段介绍
• 5.2.2 实验参数
• 5.2.3 实验结果
• 5.3 本章小结
• 第6章 减阻溶液在管壳式换热器内的换热强化研究
• 6.1 引言
• 6.2 强化换热的方法和理论依据
• 6.3 采用FLUNENT对所选用方法的强化换热效果预估
• 6.3.1 换热器模型概况
• 6.3.2 网格划分信息
• 6.3.3 FLUENT计算
• 6.3.4 管程流体流动和换热分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 添加剂减阻在集中供暖系统应用整体分析
• 7.1 引言
• 7.2 添加剂减阻对整体集中供暖系统整体减阻效果分析
• 7.3 表面活性剂减阻技术在集中供暖系统中应用存在问题分析
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢