城市污水流變與換熱特性研究.pdf

1、城市污水源熱泵技術(shù)能夠充分利用城市原生污水中的廢熱為建筑物供熱或供冷。這種方式不僅節(jié)省了化石能源的消耗，而且與常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)及其他的水源熱泵系統(tǒng)相比，在初投資及運(yùn)行費(fèi)用方面也具有明顯的優(yōu)勢。因此，可以說城市原生污水是一種優(yōu)良的清潔能源。
　　利用城市污水作為熱泵系統(tǒng)的冷熱源是近幾年才被廣泛關(guān)注的課題，在工程應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛的發(fā)展前途。考慮到城市污水未來將成為水源熱泵系統(tǒng)中最重要的流動工質(zhì)之一，從基礎(chǔ)理論角度深入地研究其流動與換熱特性

2、既有理論意義，又有實(shí)用價值。
　　相對于常規(guī)的水源熱泵系統(tǒng)應(yīng)用的普遍水，城市原生污水可被視為一種新的流動工質(zhì)。由于缺乏關(guān)于城市污水的基礎(chǔ)資料，所以在設(shè)計(jì)城市污水源熱泵系統(tǒng)時，設(shè)計(jì)人員一般采用按照清水的物性參數(shù)對污水進(jìn)行估算，并加系數(shù)修正的辦法。由于尚未確切地把握污水的流動與換熱特性，使得管道、水泵以及換熱設(shè)備的設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差。另外，正確描述污水的流變特性和換熱特性還是研究污水換熱器污垢生長特性的依據(jù)。
　　總之，無論是污水源熱

3、泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還是系統(tǒng)的合理匹配、節(jié)能運(yùn)行都需要人們準(zhǔn)確地掌握城市原生污水的流動與換熱特性，這就構(gòu)成了城市污水作為熱泵系統(tǒng)冷熱源能夠可靠應(yīng)用的一個基礎(chǔ)理論問題。
　　論文分別采用水平管式流變儀法和旋轉(zhuǎn)平板式流變儀法測定了城市原生污水的剪切速率和剪應(yīng)力的關(guān)系，并對兩種方法的優(yōu)點(diǎn)以及弊端進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)城市污水在流變特性上顯示出一定的非牛頓流體特征。通過對兩種方法得到的結(jié)果進(jìn)行的不確定度分析，確定了城市原生污水為剪切稀化流體，得出了其

4、本構(gòu)方程。
　　論文設(shè)計(jì)并搭建了城市原生污水流動及換熱特性研究的實(shí)驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)研究了城市原生污水在圓管層流、紊流兩種流動狀態(tài)下的速度分布情況，并給出了污水在圓管中流動時的流量、阻力、壓降等一系列計(jì)算公式。論文研究了城市污水圓管層流和紊流狀態(tài)下的換熱特性，得到了相應(yīng)的溫度分布規(guī)律，并給出了換熱系數(shù)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式。論文還對城市污水在圓管層流入口段流態(tài)下的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了入口段的特征規(guī)律。這些研究成果很大程度上填補(bǔ)了城市污水在流動

5、及換熱特性方面的基礎(chǔ)理論空白，為進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用城市污水提供了理論基礎(chǔ)方面的參考。
　　這些經(jīng)驗(yàn)公式的形式都較復(fù)雜，考慮到工程實(shí)用的需要，論文最后討論了城市污水的非牛頓性狀與常規(guī)的牛頓流體的差別問題。認(rèn)為在較大的流速變化范圍內(nèi)將其看作是定粘度的牛頓流體是不準(zhǔn)確的，但在工程應(yīng)用的流速范圍內(nèi)，也可以給出基于當(dāng)量粘度概念，牛頓流體形式的簡化公式，在設(shè)計(jì)中這些公式的計(jì)算結(jié)果與精確公式相比誤差不大，大大地方便了設(shè)計(jì)者使用。
　　通過本