直接式污水源熱泵用淋激式換熱器研究

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1、直接式污水源熱泵用淋激式換熱器研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：唐建平指導(dǎo)教師：林真國(guó)副教授專業(yè)：供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程學(xué)科門類：工學(xué)重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院二O一五年五月TheResearchofSprayHeatExchangerBasedontheDirectSewage-sourceHeatPumpAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDe

2、greeofEngineeringByTangJianpingSupervisedbyProf.LinZhenGuoSpecialty:ArchitectureandCivilEngineeringCollegeofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,China.May,2015中文摘要摘要城市污水具有溫度特性好、流量大和熱容大等優(yōu)點(diǎn)，使其成為了較理想的低溫?zé)嵩磁c熱匯。在污水源熱泵應(yīng)用中，一

3、方面直接式污水源熱泵系統(tǒng)相較與間接式系統(tǒng)具有較大的優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)污水源熱泵技術(shù)的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)及發(fā)展方向；另一方面污水換熱器對(duì)于污水源熱泵系統(tǒng)的性能影響較大，在眾多污水換熱器中，淋激式換熱器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單開(kāi)放、膜態(tài)換熱效率高及在結(jié)垢嚴(yán)重的情況下仍具有較好的操作性等優(yōu)點(diǎn)。因此，針對(duì)淋激式換熱器在直接式污水源熱泵中的應(yīng)用研究具有較大的意義。本文針對(duì)淋激式換熱器在直接式污水源熱泵中的應(yīng)用進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)兩部分內(nèi)容的研究。其中，理論部分的研究主要介紹了水管外降膜模型、對(duì)淋激式換熱器換熱過(guò)程的傳熱傳質(zhì)進(jìn)行了分析提出了相應(yīng)數(shù)學(xué)

4、模型公式和分析了換熱管外污垢的形成過(guò)程及污垢熱阻監(jiān)測(cè)的方法。對(duì)于實(shí)驗(yàn)研究部分，本文通過(guò)搭建以淋激式換熱器為蒸發(fā)器的直接式污水源熱泵系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，定義了噴淋百分比?，對(duì)系統(tǒng)能效比主要影響因素（噴淋密度、空氣進(jìn)口溫度和污水溫度）、淋激式換熱器換熱主要影響因素（噴淋密度、噴淋方式和污水溫度）、換熱管外污垢熱阻隨時(shí)間變化特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究并得出了以下研究成果：①能效比隨著噴淋密度的增大而增大，且存在一個(gè)最佳噴淋密度使得能效比達(dá)到最大，當(dāng)噴淋密度大于最佳噴淋密度繼續(xù)增加時(shí)，能效比甚至有所下降。能效比隨著空氣進(jìn)口溫度

5、的增加而逐漸降低，隨著污水溫度增大而增加。②當(dāng)淋激式換熱器的結(jié)構(gòu)確定時(shí)，噴淋密度是影響其換熱管外流態(tài)的主要因素，隨著噴淋密度的逐漸增大其換熱管外流態(tài)由滴狀流態(tài)逐漸向柱狀流態(tài)過(guò)渡最后變?yōu)槟盍鲬B(tài)。在本實(shí)驗(yàn)淋激式換熱器管間距為4d0，未安裝成膜裝置的情況下，較難形成完成的膜態(tài)流狀，在Γ=0.053kg/（m·s）即噴淋百分比?=155%左右時(shí)，膜態(tài)流狀最明顯，但最主要的流狀是柱狀和膜狀的混合狀態(tài)。③淋激式換熱器的換熱系數(shù)及換熱量均在達(dá)到最佳噴淋密度之前隨著噴淋密度的增大而增加，在達(dá)到最佳噴淋密度時(shí)，隨著噴淋密

6、度的繼續(xù)增加換熱系數(shù)及換熱量均出現(xiàn)了增幅減緩甚至有所下降，針對(duì)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)，最佳噴淋密度為0.055kg/（m·s），即?為160%左右。④改善淋激式換熱器的噴淋方式對(duì)增強(qiáng)其換熱有一定作用，本實(shí)驗(yàn)中在淋激式換熱器的中部設(shè)置了一根噴淋管能改善污水的噴淋均勻性，主要增強(qiáng)了換熱器底部換熱管外的污水噴淋效果從而增強(qiáng)換熱器的換熱器效果，此方法在工程上具有一定應(yīng)用價(jià)值。I重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文⑤在不同污水溫度及噴淋密度下，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中淋激式換熱器其換熱管外出現(xiàn)了不同程度的結(jié)冰，增加了換熱熱阻，影響了換熱效果。在工程應(yīng)用上，

7、為了減輕結(jié)冰，在污水溫度低于10℃時(shí)，噴淋百分比?應(yīng)大于120%，在污水溫度為10℃左右時(shí)，噴淋百分比?應(yīng)大于90%，在污水溫度大于10℃時(shí)，噴淋百分比?應(yīng)大于60%，對(duì)于污水溫度較低地區(qū)應(yīng)適當(dāng)?shù)募哟髧娏苊芏?。⑥淋激式換熱器其換熱管外污垢熱阻隨時(shí)間變化特性呈鋸齒形增長(zhǎng)，基本不存在誘導(dǎo)期，在系統(tǒng)運(yùn)行70h后穩(wěn)定在一定范圍，且隨著污水溫度的增大其穩(wěn)定污垢熱阻有所增加⑦利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合了淋激式換熱器其換熱管外對(duì)流換熱系數(shù)實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，對(duì)其工程應(yīng)用起到一定的指導(dǎo)作用。關(guān)鍵詞：城市污水，淋激式換熱器，換熱，影響因素I

8、I英文摘要ABSTRACTUrbansewage,asanidealkindofcoldandheatsource,hasexcellenttemperaturecharacteristic,largeflow-rate,highheatcapacityandotheradvantages.Inthesewage-sourceheatpumpapplication,ontheonehand,directsewage-sourc