本文關(guān)鍵詞：非清潔水換熱面顆粒流態(tài)化除垢研究

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【摘要】：采用污水源熱泵供暖空調(diào)是節(jié)能減排的有效途徑,但換熱器結(jié)垢問題尚未得到有效解決。本文將固液流態(tài)化除垢技術(shù)應(yīng)用到污水源熱泵換熱器的防、除垢中,并設(shè)計了一套污水換熱器流態(tài)化除垢系統(tǒng)。該系統(tǒng)以沙粒作為除垢顆粒,通過理論分析和實驗研究及數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,研究了固液流態(tài)化除垢的最佳流速、除垢能力、強化換熱效果及減少磨損的最佳工作參數(shù)。本文利用Ansys-Fluent軟件,研究了沙粒對管道壁面的剪切力、壁面磨損及傳熱系數(shù)的提升情況。研究發(fā)現(xiàn),隨著流速的增加固體顆粒對壁面的磨損率先降低后增加,在流速為0.6m/s時,沙粒的運動幾乎是貼著管道的底部滑動;當(dāng)沙粒流速超過0.9m/s時,沙粒與污水充分混合。沙粒對管道的最大的磨損率出現(xiàn)在90°彎頭處,當(dāng)流速從0.9m/s升到3m/s時,最大磨損率從4.2×10-10kg/m2s上升到了8.3×10-9kg/m2s;最大磨損率隨著沙粒直徑的變大增長明顯;在未加入沙粒時,正常換熱器流速下,管道內(nèi)壁面所受的切應(yīng)力平均為16.8pa,加入沙粒后壁面剪切應(yīng)力平均值為158.4pa,超過軟垢所能承受的100pa剪切力,可有效除垢。在相同的速度下,在流速0.6-2m/s范圍內(nèi),加入顆粒后,其換熱系數(shù)的提升為2.6%到23%;設(shè)計實驗方案,以暢通式污水換熱器作為流態(tài)化除垢強化換熱實驗臺,對換熱器流態(tài)化除垢強化換熱技術(shù)進行實驗研究,實驗研究表明,將固液兩相流流速提升到0.87m/s時,成功實現(xiàn)了95%的直徑為2~3mm的沙粒在線循環(huán)清洗,與理論計算的0.85m/s揚動流速幾乎吻合。隨著沙粒體積分?jǐn)?shù)的增大,其除垢效果越好;沙粒體積分?jǐn)?shù)為6%時,運行24h后,傳熱系數(shù)也提高了25.6%。為減少沙粒對管壁磨損,進行優(yōu)化實驗,本實驗中,污水流速為揚動流速且沙粒體積分?jǐn)?shù)為4%時,既可減小沙粒對壁面的磨損,又可保證高效除垢效率。
【關(guān)鍵詞】：污水源熱泵 換熱器 流態(tài)化 防、除垢 強化換熱
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB657.2
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第1章 引言8-24
• 1.1 課題背景8-14
• 1.1.1 能源現(xiàn)狀與環(huán)境問題8
• 1.1.2 污水作為熱泵冷熱源的優(yōu)點8-9
• 1.1.3 污水源熱泵的應(yīng)用現(xiàn)狀9-11
• 1.1.4 污水源熱泵所面臨的問題11-14
• 1.2 除垢研究進展14-22
• 1.2.1 現(xiàn)有除垢技術(shù)14-18
• 1.2.2 流態(tài)化防、除垢強化換熱技術(shù)18-22
• 1.3 主要研究內(nèi)容及解決的主要問題22-23
• 1.4 本章小結(jié)23-24
• 第2章 換熱器污垢及除垢理論24-36
• 2.1 換熱器污垢基本理論24-27
• 2.1.1 換熱器污垢的定義24
• 2.1.2 污垢的分類24-25
• 2.1.3 非清潔水換熱器表面污垢的界定25
• 2.1.4 換熱器污垢的形成過程25-26
• 2.1.5 換熱器污垢影響因素26-27
• 2.2 換熱器流態(tài)化除垢基本理論27-34
• 2.2.1 顆粒對壁面剪切力模型27-29
• 2.2.2 顆粒對壁面碰撞力模型29-33
• 2.2.3 流態(tài)化除垢揚動流速模型33-34
• 2.3 本章小結(jié)34-36
• 第3章 沙粒-水固液兩相流數(shù)值模擬36-50
• 3.1 固液兩相流流動與傳熱控制方程36-39
• 3.1.1 控制方程36-37
• 3.1.2 顆粒運動模型37-38
• 3.1.3 顆粒對壁面磨損模型38-39
• 3.2 物理模型及邊界條件39-40
• 3.3 流態(tài)化磨損及強化換熱模擬結(jié)果及分析40-49
• 3.3.1 流速對壁面磨損的影響40-42
• 3.3.2 沙粒的加入對光管壁面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的影響42-43
• 3.3.3 沙粒濃度對壁面磨損的影響43-45
• 3.3.4 沙粒直徑對壁面磨損的影響45-46
• 3.3.5 沙粒對壁面的剪切應(yīng)力46-47
• 3.3.6 沙粒運動軌跡47-48
• 3.3.7 沙粒對壁面污垢的磨損率48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第4章 沙粒流態(tài)化在線除垢系統(tǒng)設(shè)計及其實驗50-68
• 4.1 實驗裝置及設(shè)備50-53
• 4.1.1 實驗儀器50
• 4.1.2 實驗裝置及實驗工質(zhì)50-53
• 4.2 固液分離方法與裝置設(shè)計53-55
• 4.3 流態(tài)化除垢系統(tǒng)設(shè)計55-56
• 4.4 實驗測試內(nèi)容與實驗步驟56-58
• 4.4.1 實驗內(nèi)容56-57
• 4.4.2 實驗步驟57-58
• 4.5 實驗結(jié)果與分析58-66
• 4.5.1 流態(tài)化除垢防沙粒沉積最低流速58-60
• 4.5.2 傳熱系數(shù)的變化60-61
• 4.5.3 換熱器除垢前后換熱面污垢對比61-62
• 4.5.4 除垢前后污水出水水質(zhì)對比62-63
• 4.5.5 沙粒對換熱壁面的磨損63-64
• 4.5.6 除垢、強化傳熱及磨損的最優(yōu)工況64-65
• 4.5.7 流態(tài)化除垢工藝經(jīng)濟性分析65-66
• 4.6 本章小結(jié)66-68
• 第5章 結(jié)論與展望68-70
• 5.1 主要結(jié)論68-69
• 5.2 展望69-70
• 參考文獻70-75
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果75-76
• 致謝76-77

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