能源短缺、環(huán)境污染已成為世界共同關(guān)注的問題,節(jié)能減排、降低能耗,提高能源利用率是解決能源問題的根本途徑。在我國工業(yè)領(lǐng)域內(nèi),工業(yè)余熱資源豐富,在眾多余熱資源中,空壓機(jī)是余熱利用潛力極大的設(shè)備,近85%的電能以熱能的形式排放到大氣中。本文針對空壓機(jī)余熱資源,對余熱綜合回收利用進(jìn)行了實驗及相關(guān)模擬研究。主要工作如下:(1)首先,根據(jù)空壓機(jī)運行時油氣溫度特點,以“油路為主、氣路為輔”的回收原則,設(shè)計了一套油氣余熱綜合回收系統(tǒng)�；诖�,進(jìn)行了模擬空壓機(jī)余熱回收實驗臺的設(shè)計及搭建,并在所搭建的實驗臺上進(jìn)行了較為全面的余熱回收實驗研究。實驗結(jié)果表明:在排氣壓力一定時,排氣流量隨潤滑油溫度的升高而減小;潤滑油承載著大部分的熱量,其熱量約占總余熱量的79.5%。在本文所研究的工況下,排氣壓力為0.6MPa、油溫為70?C工況時,回收油氣的熱量分別為327.73KJ/min和84.35KJ/min,而且在油溫為65~75?C范圍內(nèi),自來水溫度升高20?C以上時,可制備的熱水流量為2~4L/min。因此,回收空壓機(jī)油氣余熱是實際可行性的,并且余熱回收效果顯著。(2)以余熱回收實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),通過對條件的合理簡化和假設(shè),運用Fluent軟件,建立與實驗元件波紋參數(shù)相同的簡化幾何模型進(jìn)行模擬分析,驗證數(shù)值模擬的可靠性。模擬結(jié)果在傳熱性能與流動阻力方面與實驗結(jié)果吻合較好。在此基礎(chǔ)上,考慮不同波紋參數(shù)的傳熱特性和波紋板片受力,對換熱器進(jìn)行了流固耦合計算,獲得了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下板片的換熱性能和應(yīng)變分布。流固耦合結(jié)果表明:在本文所研究的波紋參數(shù)范圍內(nèi),波紋傾角?=60?、間距?=12mm、波高h(yuǎn)=5mm時的綜合傳熱性能最佳;當(dāng)油液粘度較高時,板片所受作用力較大,因此,換熱器設(shè)計時應(yīng)綜合考慮換熱性能、流動阻力及板片的受力問題。(3)針對空壓機(jī)壓縮空氣脫濕干燥問題,本文提出了一種基于超音速噴嘴與旋流器相結(jié)合的超音速旋流分離技術(shù)用于壓縮空氣脫濕干燥的方法,并對這種方法的脫濕效果進(jìn)行了相關(guān)模擬及實驗研究。模擬結(jié)果和實驗結(jié)果表明:氣流經(jīng)過噴嘴后速度增大、溫度下降,為氣液兩相旋流分離提供了前提條件,并且該方法能夠有效除去壓縮空氣中的部分水分,進(jìn)一步提高氣體干燥程度。在本文所選用的噴嘴尺寸及研究工況下,噴嘴進(jìn)出口最大溫差為7~8?C,不同工況下的平均脫濕效率分別為45.7%和51.3%。本文計算結(jié)果,對船舶空壓機(jī)站余熱回收的技術(shù)方案及板式換熱器的改進(jìn)設(shè)計和壓縮空氣脫濕方法都具有重要的借鑒作用。
【學(xué)位單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U664.5
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景、目的和意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究目的和意義
    1.2 工業(yè)余熱回收利用技術(shù)
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 空壓機(jī)余熱回收利用國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 空壓機(jī)余熱回收利用國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.3.3 壓縮氣體除濕/干燥技術(shù)研究現(xiàn)狀
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
第2章 空壓機(jī)余熱回收原理及系統(tǒng)設(shè)計
    2.1 空壓機(jī)工作原理
    2.2 空壓機(jī)余熱回收原理
    2.3 余熱回收系統(tǒng)設(shè)計
    2.4 本章小結(jié)
第3章 空壓機(jī)余熱回收利用實驗研究
    3.1 實驗系統(tǒng)與工作原理
    3.2 實驗內(nèi)容、方案及步驟
        3.2.1 實驗參數(shù)測量
        3.2.2 實驗方案
        3.2.3 實驗步驟
    3.3 實驗數(shù)據(jù)處理與結(jié)果分析
        3.3.1 排氣流量隨潤滑油溫度變化情況
        3.3.2 油氣余熱回收量
        3.3.3 余熱回收效果分析
        3.3.4 油氣溫度變化規(guī)律分析
        3.3.5 板式換熱器換熱效率
    3.4 本章小結(jié)
第4章 空壓機(jī)余熱回收換熱器數(shù)值模擬與結(jié)構(gòu)改進(jìn)
    4.1 引言
    4.2 數(shù)值模擬可靠性驗證
        4.2.1 幾何模型及網(wǎng)格劃分
        4.2.2 控制方程
        4.2.3 邊界條件及求解設(shè)置
        4.2.4 數(shù)據(jù)處理
        4.2.5 數(shù)值計算與實驗結(jié)果比較
    4.3 高粘性流體板式換熱器數(shù)值優(yōu)化研究
        4.3.1 物理模型及網(wǎng)格劃分
        4.3.2 控制方程、邊界條件及數(shù)據(jù)處理
    4.4 數(shù)值優(yōu)化結(jié)果與分析
        4.4.1 波紋傾角對板式換熱器的影響
        4.4.2 波紋間距對板式換熱器的影響
        4.4.3 波紋高度對板式換熱器的影響
        4.4.4 波紋板結(jié)構(gòu)應(yīng)變分布
    4.5 本章小結(jié)
第5章 超音速噴嘴在空壓機(jī)壓縮空氣脫濕中的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 超音速噴嘴在壓縮空氣脫濕中的性能研究
        5.2.1 基本假設(shè)
        5.2.2 數(shù)學(xué)模型
        5.2.3 求解方法
        5.2.4 數(shù)值計算結(jié)果分析
    5.3 超音速噴嘴用于壓縮空氣脫濕中的實驗研究
        5.3.1 實驗系統(tǒng)
        5.3.2 實驗方案及步驟
        5.3.3 實驗數(shù)據(jù)處理與分析
    5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
在學(xué)期間科研成果情況

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本文編號：2858891