海水源熱泵用雙螺旋管海水換熱器傳熱特性的研究.pdf

1、結(jié)合我國(guó)沿海建筑能源緊張的現(xiàn)狀，高效、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

2、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

3、/(m2/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 W/(m2/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)流換熱系數(shù)的變化范圍為451.7~762.4 W/(m2/K)。
　　其次，利用雙螺旋管海水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

4、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)、滲濾取水