基于污水熱利用的熱管換熱器研究.pdf

1、污水是優(yōu)質的可再生清潔資源,在廣泛踐行節(jié)能減排的當今社會進程中已成為建筑節(jié)能領域“開源節(jié)流”的重要對象。污水源熱泵系統(tǒng)是污水熱利用的重要技術。對于較為常用的間接式污水源熱泵系統(tǒng)而言,緩解污水側換熱器低效率、易堵塞等瓶頸制約已經成為污水源熱泵系統(tǒng)中急需解決的關鍵性問題。熱管具有傳熱效果優(yōu)良、傳熱極限較高等優(yōu)勢,熱管至今尚未應用于污水熱泵領域。本文將熱管應用于污水源熱泵系統(tǒng)中作為污水側換熱器主要構件,研發(fā)新型的高效污水換熱器。本文通過理論分

2、析和物理實驗的方法,驗證熱管換熱器應用于污水源熱泵系統(tǒng)中的可行性和優(yōu)化其傳熱效果,結合對實驗結果的分析,探索將熱管換熱器應用于實際污水熱利用工程的設計方法。論文從理論及實驗兩方面開展了深入的研究工作,研究結果對熱管換熱器應用于實際污水源熱泵工程具有參考價值,對推動城市污水冷熱資源建筑應用具有積極意義。本研究主要內容包括：
　　⑴理論方面主要從熱管的結構設計、傳熱性能分析、換熱器熱力計算、換熱器管間距優(yōu)化設計等四個不同的層次開展工作

3、：以污水源熱泵系統(tǒng)額定溫度工況對熱管進行理論設計,主要包括熱管工質的選擇、管殼及端蓋設計、充液量的計算及熱管結構尺寸的設計；從理論角度分析熱管換熱器蒸發(fā)段及冷凝段各自傳熱性能,提出重力式熱管在運行過程中傳熱極限的計算公式,分析蒸發(fā)段及冷凝段管內工質汽液界面熱阻計算公式,為論文后續(xù)進行提供理論依據(jù)；根據(jù)熱管換熱器的傳熱原理,分析熱管換熱器的傳熱系數(shù)、傳熱溫差及傳熱面積計算公式,為后續(xù)換熱器設計、制作及實驗奠定理論基礎；綜合理論分析,本文在

4、滿足熱管制作工藝的前提下,本著優(yōu)化傳熱及減少阻力損失的目的,通過fluent模擬方法,提出熱管換熱器管間距設計方法。
　?、茖嶒灧矫嬷饕_展了三個實驗,即基于污水源熱泵額定溫度工況的可行性驗證實驗、單根熱管冷凝段管外流體流向對換熱效果的優(yōu)化實驗、熱管換熱器冷凝段管外流體流動方式對換熱效果的優(yōu)化實驗。主要從以下三個步驟進行實驗：設計、制作污水熱管式換熱器模型,搭建污水源熱泵系統(tǒng)試驗平臺模型；設計污水源熱泵額定溫度工況下熱管的啟動可行

5、性實驗、單根熱管冷凝段流體流向傳熱效果優(yōu)化實驗、熱管換熱器傳熱效果優(yōu)化實驗;③開展各實驗工況的設計,進行定量的實驗測試,分析和探討實驗數(shù)據(jù)。
　?、峭ㄟ^理論推導和實驗分析發(fā)現(xiàn)：熱管應用于污水源熱泵系統(tǒng)中是可行的。相對于傳統(tǒng)換熱器具有換熱效率高、不易堵塞、運行阻力小、便于清洗管理等優(yōu)勢；熱管在換熱過程中,冷凝段管外流體流向逆流相對于順流對換熱效果有優(yōu)化作用；熱管換熱器在運行過程中,冷凝段管外流體180°橫掠管束相對于流體90°橫掠管