热泵冷热源污水的换热特性研究

论文摘要

在现有应用城市污水源热泵技术的工程中,主要采用清水的换热公式对系统进行设计计算。这是因为污水作为热泵的冷热源,其实是一种全新的工质,它的较大规模的应用只是近几年的事情,期间人们对其流动与换热特性还没有系统、深刻、确切地把握。由于缺少数据,通常只好暂时把它看作是清水来计算阻力与换热,再根据经验进行一些修正。根据节能减排的形势,污水作为热泵冷热源必将获得迅猛的发展,作为导师主持的国家自然科学基金项目“城市污水冷热源应用工艺与流动换热特性研究”(项目编号:50578048)的重要内容之一,对污水的流动与换热特性进行一些基础理论研究是十分必要的,既有理论意义,又有实用价值。论文将实验和理论相结合,以哈尔滨文昌城市污水处理厂经细格栅过滤后的城市生活污水为对象,集中研究了它的对流换热特性。论文采用RS150系列哈克流变仪对上述城市污水进行了流变特性的测定,根据实验数据判定该污水为非牛顿流体中比较常见的剪切稀化型流体。论文介绍了非牛顿流体的一些基本概念,指出了非牛顿流体在日常生活中的普遍存在性以及其与牛顿流体的差别。对非牛顿流体中较常见的幂律型流体,介绍了常用的几种数学模型。另外,论文给出了幂律流体的流态判别方法。上述工作从理论上为论文进一步的分析做了必要的准备。论文采用研究对流换热特性的常用实验手段,设计搭建了实验台,对城市污水进行了圆管流动换热实验。论文结合流变仪的实验数据并运用相关理论,通过分析得到了城市污水在圆管层流充分发展段的换热特性。通过换热实验数据分析,得到了城市污水圆管层流热力入口段和紊流段的换热准则关联式,并讨论了引起公式中参数特殊化的一些可能因素。论文的结论对污水源热泵系统的设计和优化是有参考价值的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本课题研究的目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 两相流研究现状
• 1.3.2 非牛顿流体研究现状
• 1.3.3 小结
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 城市污水的流变特性
• 2.1 污水流变特性测定
• 2.1.1 流变特性测量原理
• 2.1.2 流变特性测量结果
• 2.2 非牛顿流体的相关理论
• 2.2.1 非牛顿流体定义
• 2.2.2 非牛顿流体的分类
• 2.2.3 幂律流体
• 2.2.4 幂律流体流态判别
• 2.3 本章小结
• 第3章 城市污水圆管对流换热实验
• 3.1 实验研究内容
• 3.2 实验台
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 关于对流换热系数
• 3.3.2 关于定性温度
• 3.3.3 关于平均流速
• 3.3.4 污水物性参数介绍
• 3.4 实验数据处理
• 3.5 本章小结
• 第4章 城市污水圆管层流换热特性
• 4.1 污水圆管层流充分发展段换热特性
• 4.1.1 污水圆管层流速度场分布形式以及其层流流动的临界流速
• 4.1.2 污水圆管层流充分发展段温度场分布形式
• 4.2 污水圆管层流热力入口段换热经验准则关联式
• 4.2.1 污水圆管层流热力入口段判别
• 4.2.2 污水圆管层流热力入口段对流换热实验结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 城市污水圆管紊流换热特性和实验不确定性
• 5.1 污水圆管紊流段换热经验准则关联式
• 5.2 实验台不确定性分析
• 5.2.1 实验台误差分析
• 5.2.2 热平衡性分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢