海洋温差能海水淡化系统换热器的研究

论文摘要

水源和能源是人类社会发展必不可少的两种重要资源。随着现代工业的飞速发展，淡水需求量急剧增加，解决淡水问题的一个重要途径是进行海水淡化，常规的海水淡化方法，如蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，都要消耗大量的能源，而且化石燃料的大量消耗已引起严重的生态环境问题。海洋温差能发电的同时进行海水淡化既解决了淡水问题又节约了能源，但是海洋温差能可利用的温差很小，这就需要研制一种适合于小温差工况的换热器来提高海洋温差能海水淡化的效率。本文设计了一套附属于海洋温差能发电的海水淡化系统，选择了光管和翅片管两种形式的换热器，在相同工况下分别对两种换热器的性能及系统淡水产量进行了研究，论文的主要内容如下：（1）设计海洋温差能海水淡化系统，并对该系统的各个组件进行了设计或选型，对实验系统进行了安装，确定了实验方案。（2）对管外凝结换热过程各环节进行了分析，介绍了换热器传热计算的基本理论，给出了光管和翅片管管内、外传热系数及总传热系数的计算公式，同时推导了淡水产率和系统效率的理论计算式。（3）根据凝结换热过程传热传质的特点，对换热器进行了合理的简化假设，应用计算液体力学（CFD）方法建立了两种换热器的数学物理模型。针对管外有相变的情况，编写了用户自定义程序，应用FLUENT进行了模拟，得出温度与速度分布图及换热系数关系曲线。（4）利用所搭建系统，对温、冷海水流量和温度四个影响因素，分别固定其中三个，变化另外一个进行实验，并对翅片管换热器系统和光管换热器系统作了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 我国研究现状
• 1.3 已有研究的不足及本文的研究内容和目的
• 第二章 实验系统及方案
• 2.1 实验系统设计
• 2.1.1 海水的模拟
• 2.1.2 海水淡化系统
• 2.2 实验设备的设计与选型
• 2.2.1 换热器
• 2.2.2 系统中的容器设计及泵的选型
• 2.2.3 管道
• 2.2.4 测量方法
• 2.2.5 设备及管道保温
• 2.3 实验方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 换热器凝结换热过程的基本理论
• 3.1 凝结传热基本过程
• 3.2 湿空气的物理性质
• 3.2.1 绝对湿度和相对湿度
• 3.2.2 含湿量
• 3.2.3 析湿系数
• 3.3 换热器传热计算的基本理论
• 3.3.1 传热方程式
• 3.3.2 热平衡方程式
• 3.3.3 翅片管换热器的传热量
• 3.4 换热器传热系数的分析
• 3.4.1 管内对流换热系数
• 3.4.2 管外凝结对流换热系数
• 3.4.3 总换热系数
• 3.4.4 翅片效率
• 3.5 淡水产量的理论计算
• 3.6 本章小节
• 第四章 换热器的数学模型与数值模拟
• 4.1 数学模型的建立
• 4.1.1 物理模型
• 4.1.2 求解方法和基本模型
• 4.1.3 网格的划分
• 4.1.4 边界条件和物性参数
• 4.2 数值模拟的结果与分析
• 4.2.1 冷海水流速对传热性能的影响
• 4.2.2 冷海水温度对传热性能的影响
• 4.2.3 水蒸气流速对传热性能的影响
• 4.2.4 水蒸气温度对传热性能的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 实验结果及处理
• 5.1 实验结果
• 5.1.1 改变冷海水流速
• 5.1.2 改变温海水流速
• 5.1.3 改变温海水入口温度
• 5.1.4 改变冷海水入口温度
• 5.2 换热器传热性能分析
• 5.2.1 实验处理方法
• 5.2.2 换热器平均换热系数与温、冷海水的流速的关系
• 5.2.3 换热器平均换热系数与温、冷海水的温度的关系
• 5.2.4 结果对比与分析
• 5.3 系统淡水产量分析
• 5.3.1 淡水产量与温、冷海水的流速的关系
• 5.3.2 淡水产量与温、冷海水的温度的关系
• 5.4 系统效率的分析
• 5.5 光管换热器与翅片管换热器的比较
• 5.6 本章小节
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 不足与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢