污水源热泵波纹管式换热器性能研究

论文摘要

世界范围内常规化石能源正面临枯竭的境地,能源的利用带来的环境问题也日益严峻,目前世界能源开发利用的重点是开发新能源和可再生能源。近年来,一些学者在可持续发展的理念上提出利用城市污水中的热能作为热泵系统的冷热源,这是污水资源化的有效途径。对于污水源热泵系统,最关键的技术问题是选择适合污水水质的换热器。本文以国内常用的浸泡式换热器为研究对象,针对其换热系数较低,金属消耗量大的缺点进行优化改善,用波纹管代替常用的光管,从而提高换热系数,改善换热效果。本文采用数值模拟的方法对相同长度的光管和波纹管进行模拟计算,在不同的流速下对光管和波纹管的换热效果进行对比,得出在相同流速下波纹管的换热效果优于光管、对于同一种换热管流速越慢换热效果越好的结论,并指出换热管结构对其换热性能的影响大于流速对其换热性能的影响。本文还对对污水源热泵系统的换热器污垢的问题进行了介绍,从污垢形成的机理和影响因素进行分析。并针对污水源热泵系统换热器污垢的类型进行研究,提出污垢的预测模型,从而使得污垢可以量化。另外介绍了几种除垢的方法。最后介绍了本文的主要研究进展以及以后深入研究的建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 我国能源、水源与环境现状
• 1.1.2 新能源和可再生能源的开发利用
• 1.1.3 城市污水资源化
• 1.2 热泵的发展及分类
• 1.2.1 热泵的发展
• 1.2.2 热泵的种类及特点
• 1.3 课题的提出
• 1.3.1 暖通空调的可持续发展
• 1.3.2 城市污水的回收利用
• 1.4 国内外研究及应用现状
• 1.4.1 国外研究及应用现状
• 1.4.2 国内研究及应用现状
• 1.5 污水源热泵应用中需注意的问题
• 1.6 本章小结
• 第二章 污水源热泵系统
• 2.1 污水源热泵系统的组成和工作原理
• 2.2 污水源热泵的理论基础——逆卡诺循环
• 2.2.1 逆卡诺循环
• 2.2.2 逆卡诺循环基本过程的讨论
• 2.2.3 理论循环过程与实际循环过程的主要差别
• 2.3 污水源热泵的几种形式
• 2.3.1 直接利用式污水源热泵系统
• 2.3.2 间接利用式污水源热泵系统
• 2.4 目前我国在污水源热泵领域存在的问题
• 2.5 污水源热泵系统的换热器
• 2.6 本文的主要研究内容
• 2.7 本章小结
• 第三章 换热器的数理模型及模拟计算
• 3.1 换热管内流体的数值模拟
• 3.1.1 湍流及其数值模拟方法概述
• 3.1.2 湍流对流换热的Reynolds 时均方程
• 3.1.3 k- ε湍流模型
• 3.1.4 壁面函数法
• 3.2 换热管的数学模型
• 3.2.1 结构尺寸
• 3.2.2 几何模型的建立及网格生成
• 3.2.3 选择求解方法和基本模型
• 3.2.4 物性参数
• 3.2.5 边界条件
• 3.3 换热管的数值计算
• 3.3.1 v=0.4m / s换热管的数值计算结果
• 3.3.2 v=1.0m / s时换热管的数值计算结果
• 3.3.3 同种换热管在不同流速下的传热分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 换热器的污垢问题
• 4.1 概述
• 4.2 污垢的分类
• 4.3 污垢的形成
• 4.3.1 起始
• 4.3.2 输运
• 4.3.3 附着
• 4.3.4 剥蚀
• 4.3.5 老化
• 4.4 污水源热泵换热器污垢形成的影响因素
• 4.5 光管与波纹管的结垢特性
• 4.6 污水源热泵换热器结垢的预测模型
• 4.6.1 污水源热泵换热器结垢过程分析
• 4.6.2 污水源热泵系统换热器污垢的预测模型—Kern-Seaton 模型
• 4.7 换热器的清洗——除垢
• 4.7.1 机械清洗
• 4.7.2 化学清洗
• 4.8 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附表
• 读学位期间取得的研究成果
• 致谢