论文摘要
本文根据哈尔滨市某制药厂的实际污水处理情况,针对寒冷地区、寒冷月份中水处理过程中遇到的污水温度低、加热耗能多的问题,设计了一套回收水处理二级出水热能用于提升曝气环节污水温度的污水源热泵系统。在前人设计的基础上,对原系统进行了改进,采用污水侧串联、制冷剂侧单独连接的方式,由三台螺杆式压缩机分别带动三级淋激式换热器和三级蒸发器的每一级,使系统设计和运行过程中,各级的运行参数都有更好的针对性和可调性。其中,针对淋激式换热器的结构尺寸进行了详细的设计计算,通过分析管列数、管径和管长等参数对换热的影响,确定换热器尺寸。同时,分析了污垢对换热器设计尺寸和性能的影响,得到污垢热阻对换热的不良影响随着传热系数的增大而加重。利用MATLAB对系统各部件进行建模。对压缩机性能样本进行回归拟合,建立压缩机特性与蒸发温度、冷凝温度之间的关系;采用分区集总参数法建立淋激式换热器数学模型;采用集总参数法建立电子膨胀阀和蒸发器的数学模型。采用SM法,根据三大守恒定律,运用MATLAB软件,分别编写压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和蒸发器等部件函数,得到稳态仿真程序。利用仿真程序,对所设计的污水源热泵系统进行设计工况和变工况运行模拟,通过对运行结果的分析,对淋激式换热器尺寸进行了细节的优化修改,并在此基础上得到了系统变工况的运行结果,详细探讨了污水流量、冷凝器和蒸发器污水进口温度等环境参数变化对系统性能的影响,分析了系统性能随环境参数变化的趋势和敏感程度,预测系统在变工况环境下的适应性和运行时应注意的问题。根据模拟运行结果对新系统进行优化和改进,提出了蒸发温度逐级递减、三级冷凝器和三级蒸发器逆序连接两种改进方案,并利用仿真程序得到改进后系统的运行结果,通过对几种系统的对比分析,得到了各系统性能特点,为带有三级淋激式换热器的污水源热泵系统的优化设计提供了依据。
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摘要Abstract符号表第1章 绪论1.1 课题研究的背景和意义1.1.1 课题来源1.1.2 城市污水资源化情况及分析1.1.3 我国污水处理现状及分析1.2 国内外研究现状及分析1.2.1 热泵用于污水热能回收的研究现状和应用实例1.2.2 污水换热器等设备的研究现状1.2.3 污垢对换热的影响的研究现状1.2.4 系统仿真研究现状1.2.5 污水热能回收用热泵的主要现存问题1.3 本文的主要工作第2章 淋激式换热器的设计计算及分析2.1 淋激式换热器的主要特点2.2 淋激式冷凝器的设计2.2.1 参数的设定2.2.2 各主要状态点参数和系统运行参数2.2.3 换热系数的计算2.2.4 传热系数K的计算2.2.5 换热温差的计算2.2.6 确定一级换热器面积A和结构尺寸2.2.7 二、三级换热器设计计算2.2.8 与前人并联方案的比较及分析2.3 淋水装置的设计计算2.4 污垢对换热器设计的影响2.4.1 污垢在换热器设计中的考虑2.4.2 污垢的三种表示方法2.4.3 污垢与换热的关系2.4.4 与前人并联方案的比较及分析2.5 本章小结第3章 系统各部件数学模型的建立与求解3.1 螺杆式压缩机模型的建立与求解3.1.1 压缩机模型的建立3.1.2 压缩机模型精度分析3.2 冷凝器数学模型3.2.1 基本假设3.2.2 模型方程3.2.3 冷凝器数学模型的求解3.3 膨胀阀模型3.4 蒸发器数学模型3.4.1 主要模型方程3.4.2 蒸发器数学模型的求解3.5 本章小结第4章 污水源热泵系统稳态仿真模型的建立与求解4.1 蒸汽压缩系统的稳态仿真4.2 本课题仿真算法设计4.2.1 部件模型4.2.2 迭代判据和迭代变量4.3 仿真程序的编写4.4 本章小结第5章 系统性能仿真计算结果及分析5.1 系统的设计工况及其模拟计算结果5.2 环境参数变化对系统的影响5.2.1 污水流量变化对系统性能的影响5.2.2 冷凝器侧污水进口温度变化的对系统性能影响5.2.3 蒸发器侧污水进口水温变化对系统性能的影响5.3 本章小结第6章 新系统的进一步改进及相应模拟结果的分析6.1 蒸发温度逐级递增6.2 三级蒸发器与三级冷凝器逆序连接6.2.1 与三级蒸发温度逐级递减、蒸发器顺序连接系统的比较6.2.2 与三级蒸发温度相同、蒸发器顺序连接系统的比较6.3 改进后的新系统与前人并联系统的比较6.4 本章小结结论参考文献附录制冷剂热力性能参数及物性参数的计算致谢
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