HCFC123高温工况下水平管外冷凝换热特性研究

论文摘要

能源与环境问题是当今世界各国面临的重大社会问题。我国形势尤为严峻,能源短缺,能源利用率低,能耗高,CO2和SO2排放量居世界各国前列。随着城市化进程和经济发展速度的加快,我国将长期面临能源供应和环境保护的巨大压力,采用热泵技术是减少化石类能源消耗、降低环境污染的重要措施。民用和工业燃煤（气、油）锅炉热源改造要求能源利用率较高的供热热源,高温热泵是技术和经济可行的替代热源。以市政污水和工业废热水为低位热源的高温热泵已成为极具吸引力的供热热源,受到政府和用户的高度重视。以油田含油污水为低位热源的高位热泵也是解决油田地区城市集中供热和原油伴热输送的理想热源。壳管式冷凝器是高温热泵机组的重要部件,其传热能力在很大程度上决定了高温热泵的性能。3D强化管在壳管式冷凝器中的使用极大增强了壳管式换热器的换热性能进而提高了热泵机组的运行效率,取得了显著的节能、省材、减重、紧凑的效果和良好的经济效益。为此,本文建立了高温工质冷凝换热试验台,试验研究了高温工况下高温工质HCFC123在多种管外的冷凝换热性能,为优化壳管式冷凝器及开发高温热泵机组提供理论基础。本文主要完成了以下工作内容1、建立了高温工质冷凝换热试验台。通过对工质在管外冷凝换热特性的分析确定了试验研究目标,根据试验台设计原理及关键测试参数设计了试验台结构及主要设备,介绍了误差传递理论及误差分配方案,选择了测量仪表并对试验台误差影响因素进行了分析。2、开发了高温工质冷凝换热试验台监控系统。首先确定试验台监控目标并将试验台监控系统分为高温工质蒸气控制子系统和冷却水控制子系统,其次利用C++ Builder编制了监控程序,接着介绍了试验台工作过程及监控系统运行调试过程,分析了试验台运行调试结果。3、试验研究了HCFC123光管管外冷凝换热特性。文中介绍了试验管材并确定了试验工况,讨论了试验数据处理方法及模型评价标准,试验分析了单管外冷凝换热的直接及间接影响因素并与Nusselt经典理论模型比较,

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 高温工质的选择
• 1.2.1 高温工质研究进展
• 1.2.2 高温工质选择与性能分析
• 1.3 冷凝换热管应用发展状况
• 1.3.1 低肋管
• 1.3.2 强化管
• 1.4 管外冷凝换热试验研究进展
• 1.4.1 光管管外冷凝换热试验研究
• 1.4.2 低肋管管外冷凝换热试验研究
• 1.4.3 强化管管外冷凝换热试验研究
• 1.5 管外冷凝换热理论研究进展
• 1.5.1 光管单管外冷凝换热理论研究
• 1.5.2 低肋管单管外冷凝换热理论研究
• 1.5.3 强化管单管外冷凝换热理论研究
• 1.5.4 水平管束间冷凝换热理论研究
• 1.6 本文的主要研究内容
• 第2章 高温工质冷凝换热试验台建设
• 2.1 高温工质冷凝换热试验研究目标
• 2.1.1 管外冷凝换热特性分析
• 2.1.2 试验研究目标
• 2.2 试验台设计原理
• 2.2.1 管外冷凝换热系数
• 2.2.2 关键测试参数分析
• 2.3 试验台系统构成
• 2.4 试验台主要设备
• 2.4.1 冷凝管试验段
• 2.4.2 工质蒸气发生器
• 2.4.3 冷却水高位水箱
• 2.4.4 冷却水计量水箱
• 2.5 管外冷凝换热系数测试误差分析
• 2.5.1 误差分析基本原理
• 2.5.2 误差分配方案
• 2.5.3 管外冷凝换热系数相对误差
• 2.5.4 温度测量对管外冷凝换热系数误差影响程度分析
• 2.5.5 基于试验工况的误差计算实例
• 2.6 本章小结
• 第3章 高温工质冷凝换热试验台监控系统的开发
• 3.1 高温工质蒸气压力/温度控制子系统设计
• 3.1.1 控制思路
• 3.1.2 硬件配置
• 3.2 冷却水供水温度控制子系统设计
• 3.2.1 控制思路
• 3.2.2 系统传递函数分析
• 3.2.3 硬件配置
• 3.2.4 PI 控制器
• 3.3 试验台监控程序开发
• 3.3.1 编程语言概述
• 3.3.2 监控程序设计思想
• 3.3.3 监控系统软件功能设计
• 3.4 试验台运行调试及结果分析
• 3.4.1 试验台运行工作过程
• 3.4.2 监控系统调节运行过程
• 3.4.3 试验台运行调试结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 HCFC123 光管管外冷凝换热试验研究
• 4.1 试验工况的确定
• 4.1.1 光管结构特性参数
• 4.1.2 试验工况
• 4.1.3 HCFC123 物性参数
• 4.1.4 水的物性参数
• 4.1.5 模型评价方法
• 4.2 HCFC123 光管单管外冷凝特性试验
• 4.2.1 HCFC123 光管单管外膜状冷凝试验结果分析
• 4.2.2 试验数据分析
• 4.3 HCFC123 光管管束外冷凝换热特性试验及模型建立
• 4.3.1 管束间冷凝液滴液型态
• 4.3.2 光管管束效应试验结果
• 4.3.3 光管管束冷凝换热试验模型
• 4.4 本章小结
• 第5章 HCFC123 水平光管外冷凝换热模型修正
• 5.1 水平单管外膜状冷凝换热模型
• 5.1.1 数学模型
• 5.1.2 液膜层控制方程组的无因次变换
• 5.1.3 控制方程组的离散
• 5.1.4 气膜层脱离及判别标准
• 5.1.5 边界层参数方程的迭代及求解
• 5.2 HCFC123 光管单管外膜状冷凝数值计算结果
• 5.2.1 低流速下水平光管管外冷凝换热结果分析
• 5.2.2 中低流速下水平光管管外冷凝换热结果分析
• 5.2.3 中高流速水平光管管外冷凝换热结果分析
• 5.3 光管外冷凝换热方程修正
• 5.4 本章小结
• 第6章 HCFC123 强化管管外冷凝换热试验研究
• 6.1 试验管材及试验工况
• 6.1.1 试验管材
• 6.1.2 试验工况
• 6.2 HCFC123 在Turbo-CSL 单管冷凝换热试验特性
• 6.2.1 Turbo-CSL 单管冷凝换热试验结果分析
• 6.2.2 HCFC123 在Turbo-CSL 单管外冷凝换热试验模型
• 6.3 HCFC123 在Turbo-CSL 管束上试验结果分析
• 6.3.1 试验结果分析
• 6.3.2 HCFC123 在Turbo-CSL 管束上冷凝换热模型
• 6.4 HCFC123 在Turbo-CSL 管外冷凝换热理论模型
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 Turbo-CSL 管强化机理分析
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历