【摘要】：熱泵技術(shù)可以提升低品位能源品質(zhì),挖掘出介質(zhì)中貯存的低溫余熱,可有效實(shí)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(guān)鍵,它能提取污水中的熱能,再由熱泵技術(shù)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(diǎn),而且還應(yīng)兼具預(yù)防換熱器結(jié)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(jié)垢現(xiàn)象,還會(huì)因此額外引起換熱效率降低的問題,因此改進(jìn)污水換熱器結(jié)構(gòu)從而推動(dòng)污水源熱泵市場(chǎng)化發(fā)展具有重要意義。本課題對(duì)污水換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良,在原有換熱管的基礎(chǔ)上,分別插入單螺旋線以及雙螺旋線。通過螺旋線的轉(zhuǎn)動(dòng)加強(qiáng)管內(nèi)流體擾動(dòng),打破管內(nèi)流體原有運(yùn)動(dòng)規(guī)律,流體由無摻混的層狀流動(dòng)變?yōu)槁菪隣盍鲃?dòng),提高了換熱效率,且增強(qiáng)了流體對(duì)管壁的沖刷作用,有很強(qiáng)的防、除垢效果。本文首先分析了強(qiáng)化傳熱的機(jī)理,得出可旋轉(zhuǎn)式螺旋線可有效增強(qiáng)換熱的結(jié)論。因螺旋線貼近管壁,可有效改變流體流動(dòng)結(jié)構(gòu),破壞對(duì)傳熱有阻礙作用的邊界層,并加強(qiáng)螺旋線圈內(nèi)、外流體的摻混,且有效減小溫度場(chǎng)與速度場(chǎng)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(jìn)一步研究螺旋線強(qiáng)化傳熱的效果,本課題搭建了單管換熱實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)兩種內(nèi)插可旋轉(zhuǎn)式螺旋線的水平管及傳統(tǒng)換熱管的傳熱效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,同時(shí)利用FLUENT模擬軟件進(jìn)行數(shù)值模擬,并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。本課題除分析螺旋線的強(qiáng)化傳熱效果外,并從影響換熱特性的螺距和轉(zhuǎn)速兩方面進(jìn)行螺旋線強(qiáng)化傳熱規(guī)律的分析。結(jié)果表明:(1)內(nèi)插可旋轉(zhuǎn)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(yùn)動(dòng)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(dòng)的流動(dòng)特性;(2)本文所設(shè)計(jì)的強(qiáng)化換熱管具有管內(nèi)流動(dòng)邊界層溫度梯度大、溫度變化區(qū)域向換熱管中心擴(kuò)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(nèi)插可旋轉(zhuǎn)式單螺旋線換熱管與內(nèi)插可旋轉(zhuǎn)式雙螺旋線換熱管的換熱效率均優(yōu)于傳統(tǒng)換熱管;對(duì)于螺距及轉(zhuǎn)速的影響,內(nèi)插可旋轉(zhuǎn)式單螺旋線換熱管與內(nèi)插可旋轉(zhuǎn)式雙螺旋線換熱管的傳熱系數(shù)變化趨勢(shì)相同;同一轉(zhuǎn)速或同一螺距條件下,兩種強(qiáng)化換熱管的傳熱系數(shù)相近,同時(shí)強(qiáng)化換熱管的傳熱系數(shù)隨轉(zhuǎn)速的增大而增大,隨螺距的增大而減小;(4)實(shí)際工程中可采用經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速10rad/s,螺距為10mm的單螺旋線即可達(dá)到強(qiáng)化換熱效果。
【圖文】：

經(jīng)濟(jì)消費(fèi)能力提高，對(duì)生活質(zhì)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(dá)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(dá) 1.8 億噸每日[10]。.1.3 城市污水特點(diǎn)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(diǎn)：（1）水體溫度適宜且波動(dòng)幅度�。何覈鞘形鬯南募緶囟鹊停话闾幵� 106℃的溫度范圍內(nèi)，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(duì)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(yuǎn)小于空氣全年最大溫差。

長(zhǎng)安大學(xué)碩士學(xué)位論文用的優(yōu)勢(shì)盡顯無疑。 熱泵原理熱泵的組成部件包括：蒸發(fā)器、壓縮機(jī)、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(jī)開始工作，工質(zhì)在熱泵系動(dòng)，依靠工質(zhì)相變作用所伴隨的吸收及釋放能量過程使熱量傳遞，同時(shí)供熱切換的實(shí)現(xiàn)依靠閥門的轉(zhuǎn)換。雖然為使熱泵系統(tǒng)得以正常工作，需要電能的壓縮機(jī)，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(qū)動(dòng)電能的意義上實(shí)現(xiàn)高品位能源的節(jié)約。
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU83;X703

【參考文獻(xiàn)】

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1 于浩;劉靜;肖天鵬;;污水源熱泵技術(shù)在城市住宅供暖中的應(yīng)用研究[J];城市地質(zhì);2015年04期

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(fèi)的情景預(yù)測(cè)[J];自然資源學(xué)報(bào);2015年03期

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

4 畢海洋;端木琳;;污水源熱泵污水側(cè)流化除垢與強(qiáng)化換熱性能[J];土木建筑與環(huán)境工程;2012年01期

5 龍惟定;范蕊;梁浩;;城市節(jié)能[J];暖通空調(diào);2012年02期

6 吳榮華;岳利茜;李琪;;直接式與間接式污水源熱泵系統(tǒng)的比較[J];暖通空調(diào);2011年09期

7 宋應(yīng)乾;馬宏權(quán);范蕊;龍惟定;;地表水源熱泵系統(tǒng)的水體熱污染問題分析[J];建筑熱能通風(fēng)空調(diào);2011年03期

8 王宏;劉嶸;成紅之;;地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與地下水環(huán)境問題的分析——以沈陽地區(qū)為例[J];工程勘察;2009年08期

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本文編號(hào)：2665659