淋激式換熱器取熱表面降膜特性研究

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1、淋激式換熱器取熱表面降膜特性研究第1章緒論1.1課題研究背景相關(guān)資料顯示，2009年全年，我國(guó)共計(jì)消費(fèi)了22.5億噸油當(dāng)量（約折合32.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤），比美國(guó)多出了0.8億噸油當(dāng)量（約折合1.15億噸標(biāo)準(zhǔn)煤）1。這也說(shuō)明中國(guó)已經(jīng)成為世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)和二氧化碳排放國(guó)。2012年我國(guó)一次能源消費(fèi)量為36.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，消耗全世界20%的能源（消費(fèi)煤炭占全世界總消耗量的50%）。單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）能耗方面，我國(guó)明顯高于同為發(fā)展中國(guó)家的巴西、墨西哥等國(guó)，并且是世界平均單位GDP的2.5倍，與美、日等發(fā)達(dá)

2、國(guó)家相比更是有很大差距。有數(shù)據(jù)顯示：中國(guó)每消耗1噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源僅能創(chuàng)造1.4萬(wàn)元人民幣的GDP，而全球平均水平是消耗1噸標(biāo)準(zhǔn)煤創(chuàng)造2.5萬(wàn)元人民幣的GDP，美國(guó)則是3.1萬(wàn)元人民幣，日本則高達(dá)5萬(wàn)元人民幣2。由此可見(jiàn)，中國(guó)單位能耗所創(chuàng)造的GDP，即耗能量與能源利用效率都遠(yuǎn)不如西方發(fā)達(dá)國(guó)家，因此我國(guó)已處在能源形式十分嚴(yán)峻的階段，環(huán)境問(wèn)題也亟待解決?？梢?jiàn)，改變我國(guó)現(xiàn)有的用能狀況從而改善生態(tài)環(huán)境已迫在眉睫。本文所研究的淋激式換熱器就是一種可以將污水廢熱變廢為寶的供熱空調(diào)系統(tǒng)。城市污水中蘊(yùn)含著豐富低位熱能的可再生能源

3、3-11。污水源熱泵空調(diào)技術(shù)則是以城市污水為建筑的供熱源和排熱匯、為建筑提供冬季供熱、夏季空調(diào)和全年熱水供應(yīng)的重要技術(shù)3-5，12-15。目前在我國(guó)、日本及部分歐洲國(guó)家（尤其以北歐地區(qū)為主）已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用3-7，10-16。能源對(duì)一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō)，是推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要源動(dòng)力，節(jié)能減排是全世界共同面對(duì)的主題，也是必須執(zhí)行的任務(wù)。在這種情況下，不少發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)制定了完善的法律法規(guī)來(lái)推行節(jié)能減排的相關(guān)政策，并且能源效率已經(jīng)逐漸成為了能源政策的基本執(zhí)行工具17。高能低效、單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗分別是美國(guó)的

4、4.3倍、德國(guó)與法國(guó)的7.7倍、日本的11.5倍18，這些事實(shí)和數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)的能源形勢(shì)不容樂(lè)觀19，20。淋激式換熱器是污水源熱泵換熱的重要部件，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)該類(lèi)設(shè)備的基礎(chǔ)就是污水在水平管段外壁面的降膜換熱理論。.1.2淋激式換熱器特點(diǎn)目前常見(jiàn)的污水換熱器有以下幾種：浸泡式換熱器、殼管式換熱器、板式換熱器和淋激式換熱器。下面詳細(xì)介紹一下各種換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)。浸泡式換熱器：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于運(yùn)行和維護(hù)。缺點(diǎn)：污水流動(dòng)速度低、換熱系數(shù)小、工況適應(yīng)性較差、對(duì)放置位置較為苛刻。在國(guó)內(nèi)首先提出淋激式換熱器概念的是哈爾濱工

5、業(yè)大學(xué)馬最良、姚楊教授等人，他們不僅僅從理論角度上對(duì)淋激式換熱器進(jìn)行了研究，同時(shí)還模擬了水平管降膜流動(dòng)特性、換熱特性以及穩(wěn)定特性，為新型淋激式換熱器在污水源熱泵系統(tǒng)中的使用提供了理論基礎(chǔ)。降膜蒸發(fā)器應(yīng)用較廣，應(yīng)用行業(yè)有制冷、海水淡化、熱能工程、石油冶煉、紙漿干燥、牛奶加工和醫(yī)藥等。21世紀(jì)以來(lái)，多個(gè)有關(guān)污水熱能回收的熱泵研究項(xiàng)目或工程項(xiàng)目已在我國(guó)陸續(xù)開(kāi)展，尤其是在我國(guó)北方寒冷地區(qū)。位于河北省以及天津市的兩個(gè)工程項(xiàng)目便是很有代表性的案例。其中河北秦皇島海港區(qū)污水處理廠的日平均污水處理量為12萬(wàn)噸，并且采用二級(jí)出

6、水的溫差作為輸入能，供該廠區(qū)內(nèi)的集中空調(diào)系統(tǒng)使用。較冷水機(jī)組相比，每年可節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用60%左右。而位于天津的天津公館，利用污水源熱泵回收原生污水的熱能用于空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了該工程A座建筑0.88萬(wàn)平方米（1-5層）的空調(diào)供冷和供熱、3.48萬(wàn)平方米（6-26層）的采暖供熱以及450戶(hù)的生活熱水供應(yīng)。對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的模擬分析有姚楊、宋艷、邵奕文等人，其中針對(duì)空氣源熱泵中螺桿式壓縮機(jī)的特性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬已由姚楊教授等人完成，他們運(yùn)用的是誤差反向傳播算法對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連接權(quán)值進(jìn)行學(xué)習(xí)和調(diào)整，取得了滿(mǎn)意的效果。第2章實(shí)驗(yàn)設(shè)備及工

7、作原理2.1主實(shí)驗(yàn)臺(tái)如圖2-1和圖2-2所示，主實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要由1.冷源、2.冷水箱、3.冷水循環(huán)水泵、4.過(guò)濾裝置、5.冷水閥、6.電磁流量計(jì)、7.蓄水箱、8.加熱器、9.熱水閥、10.熱水循環(huán)水泵、11.布液器、12.換熱管及13.熱水箱等設(shè)備組成。當(dāng)開(kāi)啟熱水循環(huán)水泵開(kāi)關(guān)時(shí)，熱水循環(huán)水泵將底部蓄水箱中的水抽送至頂部的熱水箱中，當(dāng)熱水箱中的水位高于布液器導(dǎo)流管所在的高度時(shí)，熱水箱中的水會(huì)經(jīng)布液器導(dǎo)管流至下方的布液器中。若此時(shí)熱水循環(huán)水泵送至熱水箱的水流量大于布液器中流出水的流量，則熱水箱中的水位繼續(xù)上升，為保證

8、熱水箱中的水不溢出，我們?cè)跓崴涞牧硪粋?cè)、布液器導(dǎo)流管水平面以上約10cm處設(shè)有溢流管，故一旦熱水箱中的水位達(dá)到該高度時(shí)，則會(huì)自動(dòng)經(jīng)溢流管流至下方的蓄水箱中，不會(huì)造成外溢現(xiàn)象。當(dāng)開(kāi)啟冷水循環(huán)水泵時(shí)，冷水箱中的冷水被送至三根換熱管中，從而換熱管中的冷水與布液器留下的熱水進(jìn)行熱交換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)換熱管中冷水的加熱。如圖2-3所示，系統(tǒng)上方的熱水箱中裝有兩個(gè)點(diǎn)加熱棒，功率分別為12katlab為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算