熱管技術在船舶柴油機余熱回收中的應用研究【開題報告】

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1、畢業(yè)論文開題報告輪機工程熱管技術在船舶柴油機余熱回收中的應用研究一、選題的背景與意義船舶運輸是能源消耗的大戶，航行中的船舶每時每刻都在消耗著大量的燃料，同時又排放出大量帶著余熱的廢氣。為了節(jié)約能源，采用先進的技術研制高效的廢熱回收裝置來回收船舶的廢氣余熱是當務之急。眾所周知柴油機的熱效率只有30%～40%，其中有30%燃料放出的熱量是從煙氣中排放掉了。為了回收這部分熱量，大部分船舶都安裝了煙管式廢氣鍋爐,這類鍋爐結(jié)構(gòu)簡單,管理方便但傳熱效率很低,重量重、體積大,升汽很慢,同時由于煙管在汽水分界面上極易腐蝕,因此煙管廢氣鍋爐壽命短,已不能適應節(jié)能工作的需要。船舶柴油機在驅(qū)動船舶航

2、行的同時，還從熘道排出大量的熱能。目前，大型船舶為節(jié)約能源都裝有廢氣鍋爐，從而使煙氣通過盤旋在煙道的水管路使其產(chǎn)生蒸汽供燃油加溫或采暖使用。但是由于傳熱效率較低、體積又不能增加太大，所以在30o0kW以下的船舶，采用上述方法，就只能提供燃油加溫，不能滿足船員采暖的需要．特別是在l500kW以下的船舶幾乎都不安裝廢氣鍋爐，大量的余熱無法得到利用。船用熱管余熱鍋爐就是近年來應用先進的熱管技術研制的高效廢熱回收裝置中的一種。熱管是一種新型的傳熱元件．采用了相變換熱機理．在加熱端管外又加上翹片與煙氣的流向垂直．形成橫向沖刷的對流換熱方式，大大地強化傳熱．因此把熱管應用到船用廢氣鍋爐上以

3、后取得十分良好的效果，不僅提高了船舶運行的經(jīng)濟性，而且在環(huán)保方面也有一定的作用。二、研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題：基本內(nèi)容：1、熱管的基本工作原理及發(fā)展現(xiàn)狀1.1典型的熱管由管殼、管芯(吸液芯)、適量的工作介質(zhì)組成。將管內(nèi)抽成0.13～1.3×10-3Pa的負壓，管殼一般為金屬管，管芯為一定厚度的多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如粉末冶金層、纖維絲網(wǎng)等，緊貼在管內(nèi)壁或在管殼內(nèi)表面加工成溝槽，管殼中心空而暢通，供工作介質(zhì)蒸汽流動。工作介質(zhì)種類由熱管工作溫度范圍而決定。管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)。根據(jù)應用需要在兩段中間可布置絕熱段。當蒸發(fā)段受熱時，管芯中的工作介質(zhì)液體蒸

4、發(fā)汽化，蒸發(fā)段蒸汽壓力為p1，冷凝段蒸汽壓力為p2，在壓差△pv的作用下蒸發(fā)段流到冷凝段，并在那里凝結(jié)下來，放出汽化潛熱，通過管壁傳出熱量。冷凝液體再沿管芯多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已，熱量從熱管的一端傳至另一端。1.2熱管是20世紀60年代發(fā)展起來的具有特別高的導熱性能的傳熱元件。我國熱管研究開始于1970年左右,1972年第一根鈉熱管運行成功,以后相繼研制成功氨、水、鈉、汞、連苯等各種介質(zhì)的熱管,并在應用上取得了一定的進展。1980年國內(nèi)第一臺實驗性熱管換熱器運轉(zhuǎn)成功,各地相繼出現(xiàn)各種不同類型的、不同溫度范圍的氣—氣熱管換熱器及氣—液換熱器,在工業(yè)余熱回收

5、方面發(fā)揮了良好的作用,并積累了一定的使用經(jīng)驗。盡管如此,同國外熱管的發(fā)展水平相比,我國熱管研究還存在一些迫切需要解決的問題:(1)價格偏高。(2)工業(yè)使用的時間還不夠長,應用面也不夠廣。盡管熱管換熱器在國內(nèi)使用的最長時間已超過7年,但為數(shù)不多,一些問題還未充分暴露。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了灰堵、露點腐蝕等問題,還需進一步尋求有效的解決辦法。(3)實際應用的熱管技術含量低,真正在實驗室研究的成果到實際應用需要很長一段時間。(4)對中溫熱管研究比較多,對高溫和低溫熱管的研究相對較少。(5)在基礎領域的研究工作開展較少,這在很大程度上制約了我國熱管水平的飛速發(fā)展1、熱管余熱鍋爐的特點及性能熱管余熱

6、鍋爐在設計原理上結(jié)合水管鍋爐的煙氣流經(jīng)管外,通過外翅片強化傳熱的長處和火管鍋爐水在汽包中穩(wěn)定沸騰的優(yōu)點，因此結(jié)構(gòu)緊湊,經(jīng)濟性好,從成本一效率角度來看,比其他型式的熱回收裝置更為合理。由于煙氣側(cè)的熱管一端裝有翅片,強化了傳熱,加之熱管極其有效的傳熱特性,使熱管余熱鍋爐比普通余熱鍋爐效率高ΔΧ,而壓降卻小ΔΧ。在同等性能基礎上相比,前者的重量和占地空間均為后者的一半。在結(jié)構(gòu)設計上,每個熱管是獨立安裝的,互不相連,這樣不僅使裝拆和更換方便,而且個別管子損壞,亦不必停車,因為工藝氣流與蒸汽產(chǎn)生區(qū)是完全隔離的。并且,熱管余熱鍋爐由于本身所具有的傳熱效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,尺寸小、重量輕,蒸汽與

7、熱源之間有雙重隔離,熱應力顯著減小,阻力小、壓降低,維修方便,安全可靠等特點,可以將管壁溫度控制在硫化物露點之上,所以低溫回收成為可能。主要問題1、熱管的實現(xiàn)過程1、熱管在船舶余熱鍋爐應用中的實現(xiàn)及存在的問題三、研究的方法與技術路線：主要通過研究國內(nèi)外的熱管研究發(fā)展在余熱回收中的應用，根據(jù)相關的文獻資料的閱讀和借鑒，對熱管余熱鍋爐進行相關考究，使熱管技術能夠合理的應用在船舶熱管余熱鍋爐中，在涉及的過程中分別對熱管的各個問題予以研究，使熱管余熱鍋爐更加完善。四、研究的總體安排與進度：2011．