污水源热泵系统中淋激板式换热器的性能研究

论文摘要

我国的污水处理厂最常用的处理方法为生物处理方法,污水处理尤其是在寒冷地区存在生物处理难、水温低、处理效果差等问题。针对此问题,本文研究在污水生物处理中使用污水源热泵系统,回收处理后污水中的热能加热原生污水。同时考虑到污水水质的特殊性,以淋激板式换热器作为系统的冷凝器。根据哈尔滨某药厂污水排放的实际情况,确定了热泵系统的运行参数。对三级淋激板式换热器进行了设计计算,讨论了结构参数对换热器传热性能的影响,这些参数包括:板片波纹形式、单片有效传热面积、板片长宽比、污水流道的宽度。对淋激装置进行了设计计算,同时讨论了污垢对换热器性能的影响。分别建立了螺杆式压缩机、淋激板式冷凝器、热力膨胀阀、干式U形管壳管蒸发器的数学模型。在此基础上,以质量守恒、动量守恒、能量守恒定律为约束条件,建立了污水源热泵系统的数学模型,用VB编程设计出了污水源热泵系统系能模拟分析软件,并用该软件对设定工况下系统的性能进行了计算,模拟值与设定值基本相同。利用编制的软件对污水源热泵系统的运行特性进行了分析,讨论了污水流量、冷凝器侧污水进口温度、蒸发器侧污水进口温度、污垢热阻在合理范围内变化时,系统主要性能参数的变化规律。这些参数包括:蒸发温度、冷凝温度、换热器传热系数、换热量、出口污水温度、压缩机输入功率、系统制热性能系数等。模拟结果可为工程实际提供参考。本课题研究为“十一五”国家科技支撑计划重大项目“水源地源热泵高效应用关键技术研究与示范”(2006BAJ01A06)部分内容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题的意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3.1 以热泵回收污水中热能的研究现状
• 1.3.2 污水源热泵系统换热类型的研究现状
• 1.3.3 综合分析
• 1.4 本论文主要研究内容
• 1.4.1 研究的目的及方法
• 1.4.2 本文的主要工作
• 第2章 三级淋激板式换热器的设计计算及分析
• 2.1 相关参数的确定
• 2.1.1 冷凝器换热量
• 2.1.2 蒸发温度和冷凝温度
• 2.1.3 热泵系统运行参数
• 2.1.4 换热器设计相关参数
• 2.2 淋激板式换热器的传热
• 2.2.1 总传热系数K
• 2.2.2 换热系数
• 2.2.3 换热温差
• 2.3 一级换热器的设计计算
• 2.3.1 板片材料及波纹形式
• 2.3.2 换热器结构尺寸确定
• 2.4 二、三级换热器的设计计算
• 2.5 与淋激管式换热器的比较
• 2.6 淋激装置的设计计算
• 2.7 污垢对换热器的影响
• 2.7.1 污垢对换热器影响的表示方法
• 2.7.2 污垢热阻与洁净系数、冗余面积百分数的关系
• 2.7.3 污垢对三级淋激板式换热器的影响
• 2.8 本章小结
• 第3章 压缩机、冷凝器、膨胀阀、蒸发器模型的建立与求解
• 3.1 压缩机模型的建立与求解
• 3.1.1 压缩机样本的选择
• 3.1.2 压缩机模型的建立与求解
• 3.1.3 压缩机特性方程的精度分析
• 3.2 冷凝器模型的建立与求解
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 主要模型方程
• 3.2.3 冷凝器模型的求解
• 3.3 膨胀阀模型的建立与求解
• 3.3.1 膨胀阀形式的确定
• 3.3.2 主要模型方程
• 3.3.3 膨胀阀模型的求解
• 3.4 蒸发器模型的建立与求解
• 3.4.1 蒸发器形式的确定
• 3.4.2 基本假设
• 3.4.3 主要模型方程
• 3.4.4 蒸发器模型的求解
• 3.5 本章小结
• 第4章 污水源热泵系统数学模型的建立与求解
• 4.1 算法设计
• 4.1.1 各部件的数学模型
• 4.1.2 制冷剂热力性质的数学模型
• 4.1.3 迭代判据
• 4.1.4 迭代变量
• 4.2 污水源热泵系统模型的求解
• 4.2.1 算法流程
• 4.2.2 计算软件的编制
• 4.3 设定工况下污水源热泵系统的模拟结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 污水源热泵系统运行特性分析
• 5.1 污水流量变化对系统性能的影响
• 5.2 冷凝器侧污水进口温度对系统性能的影响
• 5.3 蒸发器侧污水进口温度对系统性能的影响
• 5.4 污垢热阻对系统性能的影响
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢