低流阻高傳熱性能寬流道板式換熱器研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)能源需求量逐年上升。傳統(tǒng)的燃煤鍋爐不僅不可避免的產(chǎn)生大量的煙塵，造成霧霾等空氣污染，并向大氣中排放大量溫室氣體，而且熱能級(jí)不匹配，煤是高品位能源，燃燒時(shí)溫度可達(dá)上千度，而建筑物供暖需求只需要維持18?C。二級(jí)出水屬于低品位能，環(huán)境友好，水量巨大，蘊(yùn)含了巨大的能量，能夠滿(mǎn)足供暖需求。
　　熱泵一般采用直接提取和間接提取二級(jí)出水熱量，而在直接提取過(guò)程中由于二級(jí)出水水質(zhì)復(fù)雜容易腐蝕熱泵機(jī)組，對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行不利；在

2、間接提取中，目前運(yùn)行的換熱器中普遍存在換熱系數(shù)不高、污垢生長(zhǎng)過(guò)快或者運(yùn)行費(fèi)用偏高，沒(méi)有按照污垢生長(zhǎng)的特點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)行。污水廠(chǎng)出水雖然達(dá)到了二級(jí)出水排放標(biāo)準(zhǔn)，但是取水口水質(zhì)并非十分干凈，比如用水高峰期污水量超過(guò)污水廠(chǎng)處理能力，以及下雨天導(dǎo)致污水量猛增，污水廠(chǎng)將采取直接溢流排放的措施，在這些情況下排放水中大尺度雜物都會(huì)增加。為了使系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行，保護(hù)熱泵機(jī)組，主要對(duì)間接式系統(tǒng)進(jìn)行研究，對(duì)于二級(jí)出水這種污雜物水質(zhì)不穩(wěn)定的特點(diǎn)，對(duì)板式換熱器采用寬流道

3、的結(jié)構(gòu)形式，可以有效防止阻塞情況的發(fā)生，并通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化達(dá)到高傳熱的目的。
　　首先，本課題對(duì)寬流道板式換熱器進(jìn)行建模，使用計(jì)算流體軟件 FLUENT進(jìn)行模擬，采用平均努謝爾數(shù)的方法來(lái)衡量換熱效果，驗(yàn)證了模擬結(jié)果的可靠性，采用雷諾數(shù)分離法擬合出相關(guān)傳熱準(zhǔn)則方程和歐拉方程。
　　其次，通過(guò)研究二級(jí)出水生物黏膜的組成和特性，對(duì)換熱器污垢生長(zhǎng)影響因素進(jìn)行分析，將生物膜污垢分為生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期。在生物膜增長(zhǎng)期，由污垢積聚預(yù)測(cè)模型得出污垢

4、熱阻生長(zhǎng)的漸近型方程；在生物膜穩(wěn)定期，擬合了污垢厚度和流速的關(guān)系，以此可以求出相關(guān)流速下的污垢熱阻值。從板式換熱器的傳熱原理和熱力計(jì)算原理出發(fā)，推導(dǎo)了換熱器面積計(jì)算、對(duì)數(shù)平均溫差、總傳熱系數(shù)以及流動(dòng)阻力的計(jì)算公式，結(jié)合污垢熱阻漸近型方程，開(kāi)發(fā)了二級(jí)出水換熱器設(shè)計(jì)軟件，該軟件能夠?qū)Q熱器污垢生長(zhǎng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
　　最后，利用數(shù)值模擬對(duì)換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，綜合傳熱和流動(dòng)特性27mm的流道間距比較好；運(yùn)用三項(xiàng)指標(biāo)對(duì)換熱器不同板間距受污垢