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《吉林大学》 2012年
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沉降膜换热器基础研究及其复合源热泵系统应用分析

尹涌澜  
【摘要】:随着能源危机的日益加剧,各种类型的能源循环利用形式受到人们的关注,能源循环利用和余能回收已属于可再生能源的广义形式。沉降膜换热器(Gravity FilmExchanger(GFX))是废水余热回收的新型热交换器。沉降膜换热器通常置于排水立管中,提取工业或生活废水余热,由中心竖管和外部缠绕的螺旋形细管组成。目前的相关研究还比较少,因此开展相关研究工作,对推动沉降膜换热器技术的进展及其应用具有重大意义。 本文综合理论分析、实验验证、数值模拟计算方法对沉降膜换热器的流动和换热特性、理论效能、实际应用效能等展开了全面的研究。研究工作主要涉及以下几个方面,第一、沉降膜换热器中心管降膜流动特性及其换热关联关系研究;第二、竖直管内空气卷吸与水流汇聚降管过程的气液两相运动分析及其数值模拟;第三、沉降膜换热器外绕螺旋管的模型建立及流动特性分析;第四、沉降膜换热器效能分析模型的建立及效能分析;第五、基于沉降膜换热器的余热与太阳能复合源热泵系统性能分析。 针对沉降膜换热器中心圆管的降膜流动特性进行了实验研究和理论分析。本文自行设计制作了沉降膜换热器中心竖管沉降膜流动特性实验台,采用激光片光源-CCD高速摄像技术采集膜态特征,避免了对流场的干扰,有利于膜内微尺度变动特性的研究。实验侧重研究了中心管自由降膜流的流动特性、流体黏度及管径对流动的影响。研究表明竖管内流体的流动大体分为三个流动形态:附壁螺旋流、水膜流、水塞流;在完整液膜形成过程中,存在膜流形成的终限长度、终限厚度和终限流速,存在一个由附壁螺旋流向水膜流过渡的临界Re;下降液膜表面存在复杂的波动现象,其时空演化特性与Re及纵向距离的大小紧密相关,随着Re的增大,表面波的平均膜厚增大,波动幅度加强。同一Re下随着纵向距离的增大,波动逐渐加强。三种黏度液体的实验结果表明,随黏度增大,降膜厚度增大,表面波波动形态趋于规则。选取的两种管径降膜波动规律基本相同,小管径时由附壁螺旋流向水膜流过渡的临界Re小于大管径条件所对应的临界Re值。采用理论分析方法求解了终限长度、终限厚度和终限流速。针对沉降膜换热器中心管降膜流的流动与换热关联关系采用理论分析的方法进行了研究。分析表明,降膜的换热特性与流动特性紧密相关,换热的强弱受膜厚、波动性、大孤立波内的二次回流影响。降膜换热系数受层流导热和波动部分的对流换热影响。光滑层流的换热取决于层流膜厚;波动层流的换热取决于降膜基底层厚度和波动层的波动特性,均匀波动会减小基底膜厚度,促进换热;湍流流动的换热取决于基底膜厚度,波动的幅度和回流的强度,波动会减小基底膜厚,加强换热,但大幅的波动会产生孤立的大波,大波使局部膜厚增大,削弱换热,与此同时大波内产生二次回流,又对换热有强化作用,因此,大波的换热取决于波动幅度的大小和二次回流的强弱。 采用数值模拟计算方法对中心管降膜流动的影响因素进行了拓展研究。研究发现,降膜入口速度的增加能够加剧液膜的波动,同时能够消除降膜断裂现象;较小的气、液相速度差值能有效抑制液膜断裂;入口膜厚的增加可使降膜断裂位置向出口方向移动,但膜厚增加到一定值又使降膜断裂加剧。 采用数值模拟计算方法研究了外绕螺旋管道的流动特性。通过选择圆形、椭圆形、八边形三种典型截面螺旋管,研究了螺旋管的最大速度和速度场的移动特性,以及二次流问题。通过定义的无量纲参数“相对二次流速度”,衡量了面积平均二次流速度与面积平均主流速度之比,反映了二次流与主流的相对大小和强度。提出的二次流强度与几何截面的关联性,有利于指导沉降膜换热器外绕管的截面优化和界定。 通过建立理论模型对沉降膜换热器的效能进行了分析,并通过沉降膜换热器综合效能分析实验对理论分析结果进行了验证,验证了理论模型的正确性。研究表明,冷热流体的流量配比(R)、换热器内外管道尺寸直接影响沉降膜换热器效能,存在换热最佳流量配比、内外管道最佳尺寸、冷热流体不同的配比下存在外绕管最佳缠绕圈数。 对于集成太阳能集热器和沉降膜换热器的复合源热泵系统,采用Simulink仿真平台,对其性能进行综合分析。研究表明,采用沉降膜换热器对污水余热进行回收后,系统效能明显增大;余热回收方式对系统性能影响显著。该研究为实际应用沉降膜换热器,构建废水余热源热泵系统奠定了性能评价基础,同时为确定系统高效运行方案提供了可靠依据。 综合分析表明,沉降膜换热器的换热过程是复杂的、受诸多因素影响的综合传热过程。本文通过理论分析、实验研究、数值模拟的方法,对沉降膜换热器中心管及外绕管的流动及换热机理、综合换热效能及其在复合源热泵系统中的应用展开研究,得出了一些有用的结论。对进一步的研究工作和沉降膜换热器的推广应用具有指导意义。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK172;TU831

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 师晋生,施明恒;竖壁下降液膜受热流动的不稳定性分析[J];东南大学学报;1998年01期
2 吴双应,李友荣;关于换热器热力学性能评价指标的分析与讨论[J];重庆大学学报(自然科学版);1997年04期
3 蒋章焰,马同泽,赵嘉琪,霍秀和;垂直管外降落液膜的流动和传热特性[J];工程热物理学报;1988年01期
4 王补宣,张金涛,彭晓峰;壁薄液膜流动稳定性的分析[J];工程热物理学报;1999年04期
5 杨阳,陆建峰,王晓东,彭晓峰;高雷诺数下降液膜流动换热分析[J];工程热物理学报;2004年S1期
6 刘升;郝英立;;气流床气化炉壁面熔渣行为模拟[J];工程热物理学报;2009年10期
7 蒋章焰,宋金田,孔旭静,郭朝阳;垂直加热管外自由降膜流的破断特性[J];工程热物理学报;1995年02期
8 刘超荣;改善建筑排水立管排水质量的建议[J];广东建材;2003年04期
9 马学虎;薄守石;兰忠;陈嘉宾;陈宏霞;白涛;;降液膜波动的影响因素分析[J];高校化学工程学报;2010年01期
10 叶学民,阎维平,蒋章焰,王军;自由降膜表面波流动和传热特性的研究 [J];华北电力大学学报;1999年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 朱百发;基于热泵蓄补能复合系统能效特性分析[D];吉林大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高庆龙;杨柳;刘大龙;王丽娟;;建筑热环境模拟分析用逐时相对湿度生成方法[J];四川建筑科学研究;2007年06期
2 吕思强;永村一雄;井川憲男;;中国采暖与空调负荷的分布特征及与外界影响要素的关系[J];四川建筑科学研究;2010年02期
3 刘寅;李安桂;周光辉;;西安实施太阳能建筑一体化规模化供热适宜性研究[J];四川建筑科学研究;2010年05期
4 祁清华;冯雅;谷晋川;;四川省被动式太阳房气候分区探讨[J];四川建筑科学研究;2010年06期
5 李霞;于贤昌;艾希珍;李清明;;日光温室采光与下挖深度优化设计[J];山东农业科学;2011年09期
6 陈惜明;彭宏;;化学工程技术的几个热点与发展趋势[J];安徽化工;2006年01期
7 刘鉴民;喜文华;魏一康;张兰英;;太阳热水装置(六)[J];中国建设动态.阳光能源;2004年01期
8 罗赞继;程向阳;;与建筑结合的太阳能管式空气集热器[J];中国建设动态.阳光能源;2004年06期
9 纪献兵;林文贤;刘滔;;数值模拟在建筑一体化太阳房设计中的应用[J];中国建设动态.阳光能源;2005年06期
10 杨帮宇;;100kW风光互补电站设计[J];中国建设动态.阳光能源;2006年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈茂科;胡松涛;周睿;王刚;李绪泉;;上海地区多联式空调系统全年动态能耗分析[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十六届学术交流大会论文集[C];2009年
2 周海东;黄翔;屈元;;通信机房(基站)用蒸发冷却空调应用初探[A];中国建筑学会建筑热能动力分会第十七届学术交流大会暨第八届理事会第一次全会论文集[C];2011年
3 王欣;;浅论家用太阳能光伏发电技术的应用[A];2010年云南电力技术论坛论文集(文摘部分)[C];2010年
4 王欣;朱安西;朱雁斌;;变电站光伏站用变系统的研究[A];2011年云南电力技术论坛论文集(入选部分)[C];2011年
5 李文涛;刘建禹;李文哲;;小型户用沼气锅炉的设计计算[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
6 孙海阳;钱才富;张智;赵福臣;杨开远;王凤君;;不同厚度铝喷涂管沸腾传热的实验研究[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
7 王立新;荣丁石;张志荣;;湿式空冷器的HTRI选型方法探讨[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
8 周海东;黄翔;屈元;;蒸发式冷气机在通信基站的适用性分析[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
9 梅宁;张则荣;陆建辉;;竖直螺旋槽管壁面液膜流动特性的研究[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年
10 杨中周;于翔;肖国丰;付志强;;太阳能光谱选择性吸收保护涂层[A];高性能防腐蚀涂装及表面保护技术的应用与发展——第16届全国表面保护技术交流会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 徐晓冰;光伏跟踪系统智能控制方法的研究[D];合肥工业大学;2010年
2 曾志辉;广府传统民居通风方法及其现代建筑应用[D];华南理工大学;2010年
3 朱颖颖;合成气合成二甲醚和乙醇的试验研究[D];浙江大学;2010年
4 崔洁;分级式合成气初步净化系统中旋风分离器的分离机理与结构特性研究[D];华东理工大学;2011年
5 柴本银;振荡流热管换热器换热性能及其在干燥系统中的应用研究[D];山东大学;2010年
6 赵研;太阳能地下混凝土存取热试验研究与数值模拟[D];吉林大学;2011年
7 黄鸿雁;高功率轴快流CO_2激光器气体流场及热交换的模拟与优化[D];华中科技大学;2011年
8 秦红;蓄冷降温式太阳电池组件材料和热特性的理论与实验研究[D];广东工业大学;2011年
9 朴明日;沿波纹壁面下落薄膜流动的动力学特性研究[D];上海大学;2011年
10 陈守燕;超临界水氧化水膜反应器热动力特性研究[D];山东大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杜守增;太阳能LED照明系统控制器的设计[D];山东科技大学;2010年
2 柳坤;横纹管强化溴化锂吸收水蒸汽的传热传质实验研究[D];郑州大学;2010年
3 亓云鹏;污水源热泵中塑料换热器的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 曹和平;增压锅炉过热器动态性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 吴启任;寒冷地区太阳能—空气源热泵系统研究[D];大连理工大学;2010年
6 姚微;WSAC居住建筑热响应特性的研究[D];大连理工大学;2010年
7 高兴海;太阳能果蔬脱水车间性能试验及苹果脱水工艺优化研究[D];甘肃农业大学;2010年
8 安丽;太阳能供暖系统的模拟研究[D];中国海洋大学;2010年
9 齐静;基于CFD风热环境模拟的小区规划方案研究[D];河北工程大学;2010年
10 朱辉;迪恩涡及其强化螺旋管传热性能的研究[D];湖南工业大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张志川,唐和清,郑家燊;油田腐蚀实例及腐蚀机理解析与控制技术[J];材料保护;2003年10期
2 徐士鸣,袁一;垂直管内降膜吸收过程热-质传递数值计算问题的研究[J];大连理工大学学报;1997年04期
3 师晋生,施明恒;平壁上等温层流液膜的破裂特性[J];东南大学学报;1997年03期
4 陈志佳;姜益强;官习艳;;关于水源热泵机组的标准[J];低温建筑技术;2006年05期
5 李友荣,吴双应;低温换热器的效率分析[J];低温工程;1995年06期
6 李友荣,靳明聪,唐经文;一项评价换热器性能的热力学指标[J];重庆大学学报(自然科学版);1993年06期
7 廖强,辛明道;换热器中强化传热表面传热性能的评价[J];重庆大学学报(自然科学版);1994年03期
8 吴双应,李友荣;关于换热器热力学性能评价指标的分析与讨论[J];重庆大学学报(自然科学版);1997年04期
9 蒋章焰,马同泽,赵嘉琪,霍秀和;垂直管外降落液膜的流动和传热特性[J];工程热物理学报;1988年01期
10 施明恒,C.Prichard;降膜式液膜蒸发器换热特性的实验研究[J];工程热物理学报;1997年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈涛;冯圣红;;高校浴室废水热量回收的研究[A];中国制冷学会2007学术年会论文集[C];2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张村,施明恒;对流边界条件下竖板降膜除湿过程中传热传质的数值模拟[J];制冷与空调;2004年04期
2 吴鸿,齐乐华,杨方;三效降膜管式蒸发器冷凝膜传热计算与分析[J];机械设计与制造;2005年02期
3 陈彦泽,丁信伟,周一卉;自由降膜传热传质数值模拟技术应用进展[J];化工科技;2003年04期
4 王国庆,谭盈科,王世平,崔乃瑛;机械加工表面多孔管降膜沸腾传热的研究[J];化工学报;1990年01期
5 蒋章焰,马同泽;覆网多孔表面的降膜换热特性[J];工程热物理学报;1992年04期
6 徐士鸣,袁一;垂直管内降膜吸收过程热-质传递数值计算问题的研究[J];大连理工大学学报;1997年04期
7 沈吟秋,曹忠民;盐液驱动的吸收蒸发系统的研究[J];大连理工大学学报;1995年01期
8 沙勇,成弘,于艺红,余国琮;降膜传质过程Marangoni效应稳定性分析[J];化工学报;2003年10期
9 代彦军,张鹤飞,俞金娣;错流降膜液体干燥剂除湿/再生传热传质数学模型及分析[J];化工学报;2001年06期
10 吴金星,董其伍,刘敏珊,魏新利,王学生;板壳式降膜蒸发器结构及性能研究[J];郑州工业大学学报;1997年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张茂勇;张军;郑良村;马宁;;降膜冷凝器技术及其应用于热泵系统的实践研究[A];走中国创造之路——2011中国制冷学会学术年会论文集[C];2011年
2 汪磊磊;由世俊;王书中;杨筱静;;水平管束降膜流动模态转变实验研究[A];全国暖通空调制冷2010年学术年会学术文集[C];2010年
3 师晋生;;细波纹竖壁降膜传热的摄动法模型[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
4 刘波;王杰;徐影;;125t/h降膜板式蒸发器运行体会[A];中国造纸学会第八届学术年会论文集(下)[C];1997年
5 岳建功;;盐酸系统工艺改造总结[A];2003年内蒙古自治区自然科学学术年会优秀论文集[C];2003年
6 王书中;由世俊;孙贺江;;直燃机仿真与可视化研究思路的探讨[A];全国暖通空调制冷2004年学术文集[C];2004年
7 王长庆;陆震;;水平管簇外溴化锂水溶液膜状布液的降膜流动研究[A];上海市制冷学会一九九九年学术年会论文集[C];1999年
8 隋军;李震;付林;;考虑热力学、传热及经济性的热变换器优化[A];全国暖通空调制冷2002年学术年会资料集[C];2002年
9 马大方;;大型空分设备主冷防爆[A];空分设备安全及运行维修技术研讨会论文集[C];2004年
10 廖治鹏;林文强;;大型内压缩流程空分设备的安全探讨[A];空分设备安全及运行维修技术研讨会论文集[C];2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 汤世泰;管式降膜蒸发器实现国产化[N];中国有色金属报;2005年
2 施科;古城乳业坚持发展循环经济不动摇[N];经理日报;2007年
3 许德光;建阳规模工业产值比增逾三成[N];闽北日报;2006年
4 南晨;市场需求形势好 分离技术待提高[N];中国化工报;2001年
5 记者 魏双林;深州石墨加速产品升级[N];中国冶金报;2004年
6 刘民;从食品、农产品深加工机械现状看市场研发方向[N];山西科技报;2005年
7 王利元 刘增兵;科技创新“复制”的奇迹[N];中国有色金属报;2007年
8 记者 魏双林;大型石墨列管式换热器投放市场[N];中国冶金报;2007年
9 鲁华龙 焦念友;精馏法分离脂肪酸项目 低温远红外功能陶瓷材料通过鉴定[N];中国化工报;2001年
10 徐新模;贵铝氧化铝厂节能成效显著[N];中国有色金属报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 周斌;喷雾反应器及高碳烷基铝置换反应的研究[D];大连理工大学;2002年
2 刘艳丽;摇摆状态下降膜吸收过程中动量、热量和质量传递规律研究[D];大连理工大学;2002年
3 熊日华;露点蒸发海水淡化技术研究[D];天津大学;2004年
4 叶学民;壁面薄膜流的热质传递和稳定性研究[D];华北电力大学(河北);2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈敬东;水平管降膜流动形态的数值模拟与实验研究[D];北京建筑大学;2014年
2 姜世楠;波形竖管降膜蒸发传热与流动性能的研究[D];天津科技大学;2003年
3 邓会宁;碳酸钾三效降膜蒸发系统的(火用)分析[D];河北工业大学;2002年
4 郑艳梅;氯化铵回收的三效降膜蒸发系统的(火用)经济分析[D];河北工业大学;2003年
5 王维;盐水降膜与空气逆流直接接触传热传质数值研究[D];浙江大学;2011年
6 吕多;水平椭圆管外液体降膜流动数值模拟[D];大连理工大学;2013年
7 韩俊召;太阳能平板降膜溶液再生过程的实验研究[D];广州大学;2007年
8 韩巍;摇摆状态下管内降膜流动流场模拟[D];大连理工大学;2002年
9 张立强;伞板式降膜蒸发器传热性能的研究[D];河北工业大学;2004年
10 施晨洁;板翅式风冷吸收器数值模拟研究[D];东南大学;2006年
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