海水源熱泵用雙螺旋管海水換熱器傳熱特性的研究

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1、，－＊－．了．．．－‘．＇．．．；一一７－＊‘Ｃｆ社一：－．Ｗ公．．．’．、＇．－．■一二．．．，護(hù)辨．．＾―：感秦審ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中國(guó)第＿所現(xiàn)代大學(xué)茄語(yǔ)ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５長(zhǎng)於讀際＂ｉｉ：婦ｉｌ墓博±學(xué)位論文騰ｊ－ｊｉｉｉｃＥａｓｍａａ—，－±木工程級(jí)學(xué)科：．供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)；作者姓備由世俊教授指導(dǎo)藝：，＇．天津＊學(xué)研究生院倉(cāng)蝴Ｉ．２０１５年５月■Ｂｌ＾獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本

2、人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研巧工作和取得的研究成果，除了文中恃別加ｔｘ標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研巧成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其化教育機(jī)慚的堂估或訊書(shū)而使用過(guò)的材料一。與我同工作的同志對(duì)本研巧所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽簽字曰期：灰／／年＾月／曰＾學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。１＾特授權(quán)天津大學(xué)可、將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)巧編入有＃冊(cè)堀巧沸行橋索，并采用影印，縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編供查閱和借閱

3、。同意學(xué)校向國(guó)家有關(guān)部口或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤(pán)。（的學(xué)位論文在解保密密后適用授權(quán)說(shuō)明）本學(xué)位論文作者簽名導(dǎo)師簽名：＾簽字：曰期／年月曰簽字曰期：／年ｆ月曰／興）海水源熱泵用雙螺旋管海水換熱器傳熱特性的研究HeatTransferCharacteristicsofHelicalCoilHeatExchangerforSeawater-sourceHeatPump一級(jí)學(xué)科：土木工程學(xué)科專(zhuān)業(yè)：供熱、供燃?xì)狻⑼L(fēng)及空調(diào)工程研究生：鄭萬(wàn)冬指導(dǎo)教師：由世俊教授天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院二零一五年五月摘要結(jié)合我國(guó)沿海建筑能源緊張的現(xiàn)狀，高

4、效、節(jié)能、環(huán)保的海水源熱泵系統(tǒng)作為沿海建筑的冷熱源具有重要的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。因此，本文提出了一種用于海水源熱泵系統(tǒng)的新型雙螺旋管海水換熱器，并對(duì)該換熱器的換熱特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與模擬研究。并且基于北方沿海地區(qū)，冬季海水溫度接近冰點(diǎn)溫度的特點(diǎn)，本文不僅研究了該換熱器夏季工況與冬季非結(jié)冰工況的換熱特性，還著重研究了冬季結(jié)冰工況的換熱特性。首先，分別建立了雙螺旋管海水換熱器在冬季結(jié)冰工況、非結(jié)冰工況及夏季工況下的數(shù)學(xué)模型，并在天津國(guó)際郵輪母港搭建了雙螺旋管海水換熱器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在上述三種工況下，分別對(duì)雙螺旋管海水換熱器沿管長(zhǎng)的溫度分布進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)冬季

5、結(jié)冰工況下沿管長(zhǎng)的冰層厚度分布進(jìn)行了測(cè)量。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果依次帶入到相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型中，對(duì)該換熱器的管外對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行求解，獲得該換熱器在測(cè)試期間的管外對(duì)流換熱系數(shù)變化范圍：冬季非結(jié)冰工況下海水流速2為0.07~0.38?m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的管外對(duì)流換熱系數(shù)為427.8~712.8?W/(m?K)；冬季結(jié)冰工況下海水流速為0.21~0.53?m/s時(shí)，對(duì)應(yīng)的管外對(duì)流換熱系數(shù)為582.8~853.9?2W/(m?K)；夏季工況下海水流速變化范圍在0.09~0.47?m/s時(shí)，管外對(duì)流換熱系2數(shù)的變化范圍為451.7~762.4?W/(m?K)。其次，利用雙螺旋管海水

6、換熱器夏季工況及冬季結(jié)冰與非結(jié)冰工況的數(shù)學(xué)模型，對(duì)其在海水中的傳熱特性進(jìn)行了模擬預(yù)測(cè)，即通過(guò)數(shù)值模擬的方法，研究了換熱器管長(zhǎng)、管徑、管內(nèi)流體流速、入口溫度以及海水溫度等因素對(duì)該換熱器換熱特性的影響，并模擬了冬季結(jié)冰工況下該換熱器管外冰層的結(jié)冰規(guī)律以及結(jié)冰對(duì)換熱器換熱特性的影響。最后，以天津港南疆港區(qū)內(nèi)某辦公樓應(yīng)用的海水源熱泵系統(tǒng)為例，給出了雙螺旋管海水換熱器詳細(xì)的選配方法并對(duì)其管內(nèi)流體流速的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。利用Energyplus能耗模擬軟件對(duì)該辦公樓全年負(fù)荷進(jìn)行模擬計(jì)算，以全壽命周期成本及費(fèi)用年值為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)該辦公樓選用直接取水模式的海水源熱泵系統(tǒng)

7、、滲濾取水模式的海水源熱泵系統(tǒng)以及雙螺旋管海水換熱器的海水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)其節(jié)能環(huán)保效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞：海水源熱泵系統(tǒng)；雙螺旋管海水換熱器；結(jié)冰工況；管外對(duì)流換熱系數(shù)；換熱特性ABSTRACTA?kind?of?self-developed?helical?coil?heat?exchanger?(HCHE)?was?proposed?and?applied?in?a?seawater?heat?pump?(SWHP)?system?in?this?study?through?experiments?and?mathematic

8、al?simulations.?HCHE?heat?transfer?perfo