【摘要】：熱泵技術可以提升低品位能源品質,挖掘出介質中貯存的低溫余熱,可有效實現(xiàn)節(jié)能,而污水溫度全年小幅變化,熱能特征及穩(wěn)定性均較好,且水量豐富,若利用熱泵提取污水中貯存的能量,既回收了城市排放的熱能,又減少了傳統(tǒng)能源的消耗,可滿足我國的發(fā)展要求,是一種有益于全球可持續(xù)發(fā)展的新型污水處理策略。污水換熱器是污水源熱泵系統(tǒng)的關鍵,它能提取污水中的熱能,再由熱泵技術提升熱能的位態(tài)。污水換熱器不僅需要具有傳熱效率高的特點,而且還應兼具預防換熱器結垢的能力。而傳統(tǒng)換熱器,污水流通后,換熱管不僅易發(fā)生結垢現(xiàn)象,還會因此額外引起換熱效率降低的問題,因此改進污水換熱器結構從而推動污水源熱泵市場化發(fā)展具有重要意義。本課題對污水換熱器的結構進行改良,在原有換熱管的基礎上,分別插入單螺旋線以及雙螺旋線。通過螺旋線的轉動加強管內流體擾動,打破管內流體原有運動規(guī)律,流體由無摻混的層狀流動變?yōu)槁菪隣盍鲃?提高了換熱效率,且增強了流體對管壁的沖刷作用,有很強的防、除垢效果。本文首先分析了強化傳熱的機理,得出可旋轉式螺旋線可有效增強換熱的結論。因螺旋線貼近管壁,可有效改變流體流動結構,破壞對傳熱有阻礙作用的邊界層,并加強螺旋線圈內、外流體的摻混,且有效減小溫度場與速度場之間的夾角,在流體物性、流速及管徑不變的條件下提高了換熱效率。為了進一步研究螺旋線強化傳熱的效果,本課題搭建了單管換熱實驗平臺,對兩種內插可旋轉式螺旋線的水平管及傳統(tǒng)換熱管的傳熱效果進行實驗測量,同時利用FLUENT模擬軟件進行數(shù)值模擬,并將模擬結果與實驗結果進行對比驗證。本課題除分析螺旋線的強化傳熱效果外,并從影響換熱特性的螺距和轉速兩方面進行螺旋線強化傳熱規(guī)律的分析。結果表明:(1)內插可旋轉式螺旋線換熱管壁面附近流體流向發(fā)生明顯改變,流體的切向運動更加劇烈,中心流體與管壁附近流體互相摻混,流體呈有規(guī)律的螺旋狀流動的流動特性;(2)本文所設計的強化換熱管具有管內流動邊界層溫度梯度大、溫度變化區(qū)域向換熱管中心擴展,主流區(qū)等溫面積減小的溫度分布特性;(3)在相同條件下,內插可旋轉式單螺旋線換熱管與內插可旋轉式雙螺旋線換熱管的換熱效率均優(yōu)于傳統(tǒng)換熱管;對于螺距及轉速的影響,內插可旋轉式單螺旋線換熱管與內插可旋轉式雙螺旋線換熱管的傳熱系數(shù)變化趨勢相同;同一轉速或同一螺距條件下,兩種強化換熱管的傳熱系數(shù)相近,同時強化換熱管的傳熱系數(shù)隨轉速的增大而增大,隨螺距的增大而減小;(4)實際工程中可采用經(jīng)濟轉速10rad/s,螺距為10mm的單螺旋線即可達到強化換熱效果。
【圖文】：

經(jīng)濟消費能力提高，對生活質量追求逐漸提升，使得污水排放量逐年增加，我國年量增加的速度已達到 5%左右[8]，而 2017 年的全年污水排放量為 700 億噸[9]。為合決污水處理問題，擺脫制約國家發(fā)展的水資源短缺現(xiàn)狀，我國陸續(xù)增加污水處理廠，，從十一五期間的 1947 座到 2014 年的 6031 座，處理能力已達 1.8 億噸每日[10]。.1.3 城市污水特點因生產(chǎn)、生活使用而排放出的城市污水具有極大的低位熱能可作為熱泵系統(tǒng)的熱熱匯，與熱泵系統(tǒng)的其它冷、熱源相比具有如下特點：（1）水體溫度適宜且波動幅度�。何覈鞘形鬯南募緶囟鹊停话闾幵� 106℃的溫度范圍內，而冬季溫度較高，其范圍一般在 20℃-26℃之間。人們生活生產(chǎn)放的能量大部分被污水吸收，因此污水溫度與環(huán)境溫度相比出現(xiàn)差值[11]。以重慶市，污水與環(huán)境平均溫度逐月對比折線圖如圖 1.1 所示。從圖中可看出，污水溫度全化較小且遠小于空氣全年最大溫差。

長安大學碩士學位論文用的優(yōu)勢盡顯無疑。 熱泵原理熱泵的組成部件包括：蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥等。由圖 1.2 所示原理圖可知，通過輸入電能，熱泵系統(tǒng)中的壓縮機開始工作，工質在熱泵系動，依靠工質相變作用所伴隨的吸收及釋放能量過程使熱量傳遞，同時供熱切換的實現(xiàn)依靠閥門的轉換。雖然為使熱泵系統(tǒng)得以正常工作，需要電能的壓縮機，但是最終得到的高位熱能卻是蒸發(fā)器吸收的低位能源與驅動電能的意義上實現(xiàn)高品位能源的節(jié)約。
【學位授予單位】：長安大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU83;X703

【參考文獻】

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2 沈鐳;劉立濤;王禮茂;陳楓楠;張超;沈明;鐘帥;;2050年中國能源消費的情景預測[J];自然資源學報;2015年03期

3 王蕾;魏后凱;;中國城鎮(zhèn)化對能源消費影響的實證研究[J];資源科學;2014年06期

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