聚合物换热器在热泵及余热回收领域的应用及换热分析

论文摘要

能源是人类社会赖以生存的基础，能源、环保是社会发展中的两大难题，正是基于此，“十一五发展纲要”也明确提出“建设资源节约型、环境友好型社会”，“大力发展可再生能源，开发利用太阳能、地热能、海洋能”等能源。但可再生能源的利用并非易事，其使用往往受到诸多条件的限制。本课题主要阐述了余热回收领域的新技术，即使用聚合物换热器从特殊低品位能源（污水）中获得能量的可行性，方法及相关内容。本课题中提出了解决污水换热领域防堵塞，防腐蚀问题的新方法，即使用聚合物换热器（塑料）代替传统金属换热器并通过合理布置换热器的方式解决堵塞，腐蚀问题的方法。本课题采用CFD软件模拟了聚合物换热器在“纯水”换热情况下及曝气强化换热情况下的换热特性。针对聚合物换热器导热性能较差，换热器外侧污水流速低，对流换热系数较低等问题，提出了强化换热的可行方案及具体措施。并且通过建立实际工程试验平台，记录实际运行数据，比较实际数据与模拟数据的方法，验证了模型的可靠性及强化换热方式的可行性。本课题提出了适合沉浸式换热的聚合物换热器（塑料）构型，解决了特殊换热构型，即大长径比换热器，建模，网格优化及收敛问题。建立了计算此种结构聚合物换热器不同污水换热条件下的换热模型。提出了此种聚合物换热器安装，清理及与污水源热泵配合使用的方法。通过以上工作达到了开发，研究并推广新型余热回收技术，实现节能、减排的目的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究及使用现状
• 1.2.1 国内外污水源热泵系统现状
• 1.2.1.1 国外污水源热泵系统现状
• 1.2.1.2 国内污水源热泵系统现状
• 1.2.2 新型污水源热泵系统
• 1.3 本课题的研究内容
• 1.3.1 防腐蚀方面
• 1.3.2 防堵塞方面
• 1.3.3 换热方面
• 1.3.4 聚合物换热器在污水源热泵中的应用
• 第2章 聚合物换热器结构及实验台建立
• 2.1 聚合物换热器结构及换热分析
• 2.1.1 聚合物换热器换热方式分析
• 2.1.2 聚合物换热器强化换热分析
• 2.1.3 聚合物换热器结构分析
• 2.2 实验台设计基础
• 2.2.1 防堵塞方法分析
• 2.1.1.1 格栅除污机（污水处理厂设施）
• 2.1.1.2 防阻机
• 2.1.1.3 宽流道防堵塞
• 2.2.2 防腐蚀方法分析
• 2.3 实验台建立
• 2.3.1 实验台防堵塞方式
• 2.3.2 实验台防腐蚀方式
• 2.3.3 实验台曝气方式
• 2.3.4 实验台自控系统
• 2.4 本章小结
• 第3章 聚合物换热器换热模型研究
• 3.1 CFD发展
• 3.1.1 CFD的概述
• 3.1.2 CFD技术的发展历史
• 3.2 物理模型建模
• 3.2.1 “纯水”模型
• 3.2.1.1 “纯水”试验模型建模
• 3.2.1.2 “纯水”实际换热模型建模
• 3.2.2 曝气强化模型建立
• 3.2.2.1 曝气强化试验模型建模
• 3.2.2.2 曝气强化实际模型建模
• 3.3 数学模型选择
• 3.3.1 FLUENT中两相流模型分析
• 3.3.2 欧拉模型两相流模型分析
• 3.3.2.1 体积分数
• 3.3.2.2 守恒方程
• 3.4 本章小结
• 第4章 换热器模拟计算分析
• 4.1 FLUENT模拟计算及结果
• 4.1.1 “纯水”实际模型模拟计算及结果
• 4.1.1.1 “纯水”实际模型FLUENT设置介绍
• 4.1.1.2 “纯水”实际模型FLUENT计算结果
• 4.1.1.3 “纯水”实际换热模型模拟结果分析
• 4.1.2 曝气扰动实际模型模拟计算及结果
• 4.1.2.1 曝气扰动实际模型FLUENT设置介绍
• 4.1.2.2 曝气扰动实际模型FLUENT计算结果
• 4.1.2.3 曝气扰动实际模型计算结果分析
• 4.2 模拟分析与实际实验结果比对
• 4.2.1 “纯水”模拟分析与实际实验结果比对
• 4.2.2 曝气模拟分析与实际实验结果比对
• 4.3 本章小结
• 第5章 聚合物换热器在污水源热泵中的应用
• 5.1 聚合物换热器与常规换热器对比分析
• 5.2 聚合物换热器在污水源热泵中的应用
• 5.2.1 聚合物换热器安装方式
• 5.2.2 聚合物换热器清理
• 5.2.2.1 细小颗粒清理方式
• 5.2.2.2 “生物膜”清理方式
• 5.2.3 聚合物换热器与污水源热泵的匹配
• 5.3 聚合物换热器污水源热泵实际应用案例
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢