【摘要】：能源是推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的支撐動(dòng)力,而我國(guó)能源需求量大,能源資源卻相對(duì)貧乏。工業(yè)余熱資源量豐富,且分布范圍廣,尤其在冶金、煤炭、鋼鐵、水泥、化工等行業(yè),而工業(yè)余熱回收有效利用率低,所以研究和開發(fā)高效余熱利用技術(shù)及裝置成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要途徑。目前對(duì)于中高溫余熱(溫度300℃)這種高品質(zhì)余熱利用技術(shù)日漸成熟,但是對(duì)于低溫余熱(溫度300℃)這種低品質(zhì)余熱利用方面的研究還處于發(fā)展階段。而降膜蒸發(fā)作為高效蒸發(fā)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)微溫差蒸發(fā),減少資源的浪費(fèi),大大提高余熱資源利用效率,實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱深度回收利用,已廣泛應(yīng)用于能源、海水淡化、制冷等領(lǐng)域。針對(duì)工業(yè)低質(zhì)余熱深度回收關(guān)鍵科技問題,開展了垂直管內(nèi)降膜蒸發(fā)器傳熱特性研究。論文提出了低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)微溫差降膜蒸發(fā)方法,開展了低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)垂直管內(nèi)高效微溫差降膜蒸發(fā)器傳熱特性研究,試驗(yàn)研究了垂直單管內(nèi)有機(jī)工質(zhì)降膜流動(dòng)與蒸發(fā)特性,擬合出相應(yīng)傳熱系數(shù)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式;提出了降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)方法,設(shè)計(jì)降膜蒸發(fā)器并開發(fā)了相應(yīng)的設(shè)計(jì)軟件;采用數(shù)值試驗(yàn)方法研究了降膜蒸發(fā)器的耦合傳熱性能。研究結(jié)果可為工業(yè)低質(zhì)余熱深度回收關(guān)鍵換熱裝置提供新的方法。對(duì)不同變量下熱通量、傳熱溫差、質(zhì)量流量等在垂直管內(nèi)進(jìn)行傳熱特性的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)表明:在工質(zhì)進(jìn)口質(zhì)量流量一定時(shí),出口R113蒸汽質(zhì)量流量隨著熱通量的增加而增加,當(dāng)增加至一個(gè)峰值時(shí)增加趨勢(shì)變緩直至穩(wěn)定;當(dāng)進(jìn)口質(zhì)量流量較小時(shí),換熱系數(shù)隨熱通量的增加呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢(shì),隨著進(jìn)口質(zhì)量流量的增大,傳熱系數(shù)先增大而后減小。在熱通量一定時(shí),傳熱系數(shù)隨著傳熱溫差的增大而逐漸減小,且變化趨勢(shì)也逐漸變緩。在熱通量一定時(shí),隨著進(jìn)口質(zhì)量流量的增加,傳熱系數(shù)先增后降,增大進(jìn)口質(zhì)量流量在一定范圍內(nèi)能夠增加傳熱,存在某個(gè)臨界進(jìn)口質(zhì)量流量,使降膜蒸發(fā)傳熱效果最好。通過試驗(yàn)研究,擬合得到降膜蒸發(fā)器垂直單管的傳熱特性經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式,通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,平均誤差為8.08%,絕對(duì)值誤差為24.60%,有67%的試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)落入±30%誤差帶內(nèi),吻合效果良好,可為降膜蒸發(fā)傳熱特性研究提供參考�；贑++Builder計(jì)算機(jī)程序平臺(tái),構(gòu)建降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)方法。由試驗(yàn)擬合出的傳熱系數(shù)試驗(yàn)關(guān)聯(lián)式建立降膜蒸發(fā)器流動(dòng)傳熱數(shù)學(xué)模型,開發(fā)高效降膜蒸發(fā)器設(shè)計(jì)軟件,可以得到變工況下降膜蒸發(fā)器的傳熱特性。計(jì)算結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)工況下,最佳有機(jī)工質(zhì)進(jìn)口流量范圍為4 kg/s左右,最佳進(jìn)口煙氣溫度在520~530K,最佳進(jìn)口煙氣速度范圍為4 m/s左右。在管型設(shè)計(jì)中,最佳管徑為35~45 mm,管長(zhǎng)范圍為3000 mm左右。利用CFD軟件進(jìn)行數(shù)值研究。根據(jù)開發(fā)軟件優(yōu)化參數(shù)計(jì)算出的結(jié)果以及降膜蒸發(fā)管的傳熱特性,建立物理模型,對(duì)單管降膜蒸發(fā)以及垂直管降膜蒸發(fā)器內(nèi)煙氣流動(dòng)和傳熱進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過模擬仿真結(jié)果可以得出溫度、壓力以及速度在垂直管降膜蒸發(fā)器內(nèi)的分布規(guī)律,降膜蒸發(fā)器內(nèi)具有良好的傳熱效果。該研究結(jié)果對(duì)垂直管內(nèi)降膜蒸發(fā)器的傳熱特性和開發(fā)設(shè)計(jì)具有重要參考作用,具有良好的應(yīng)用前景。
【圖文】：

源利用現(xiàn)狀會(huì)進(jìn)步發(fā)展的源泉和動(dòng)力，也是人類社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的生命線。根據(jù)美國(guó)能源信息署（發(fā)展過程中，世界各國(guó)對(duì)能源的需求量將逐漸增加量將會(huì)達(dá)到128.89億噸油當(dāng)量，2025年達(dá)到136.50億續(xù)供給是國(guó)家長(zhǎng)盛不衰的根本保障，也是社會(huì)發(fā)展和。我國(guó)是世界上第二大能源生產(chǎn)國(guó)，與此同時(shí)也是世國(guó)能源資源相對(duì)貧乏，人均資源占有量?jī)H為世界平的水平低，平均利用效率僅為32%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家我國(guó)能源巨大的節(jié)能潛力，我國(guó)能源的利用效率如果水平，那么每年能源節(jié)約量折算標(biāo)準(zhǔn)煤將達(dá)到上億》，如圖 1-1 所示，從 1965 年~2035 年隨著全球社會(huì)的消費(fèi)水平不斷升高，其中中國(guó)的增長(zhǎng)幅度最為明顯高的能源消費(fèi)量。

華北水利水電大學(xué)碩士學(xué)位論文逐步趨緩，對(duì)能源消費(fèi)增速有所降低，但中已經(jīng)連續(xù)多年成為全球一次能源消費(fèi)增量最求增長(zhǎng)，到 2020 年，滿足中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，，比 2000 年增長(zhǎng) 2.5 倍多。由于世界能源消顆粒物等污染物的排放量也將不斷上升，化重，據(jù)《BP 世界能源展望》統(tǒng)計(jì)，1990 年2015 年達(dá)到 335 億噸，預(yù)計(jì) 2035 年達(dá)到 3那么在未來我們賴以生存的環(huán)境、人類的健等都將會(huì)發(fā)生重大危機(jī)。因此對(duì)可再生能源究將是解決能源問題和環(huán)境問題的重要途徑
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TK124;TK115

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2598722