低温烟气余热回收用气-液式热管换热器研究

摘要

烟气余热是优质的可再生能源，在能源供需矛盾不断加剧的今天已成为节能减排的重要对象。由于低温烟气品位低、分布分散、易露点腐蚀，常规形式换热器无法满足其回收需求。热管换热器由于具有传热效率高、结构紧凑、维护方便等特点，非常适合应用于低温烟气余热回收工程。本文将热管换热器应用于低温烟气余热回收项目，验证了该应用的可行性并研究了热管换热器相关优化措施。
　　首先，本文从理论方面针对重力式热管及热管换热器的传热特点展开分析，并基于实际工程项目需求进行理论设计：
　　①从传热学角度阐明重力式热管传热机理及传热热阻特性；
　　②分析热管壳体设计、翅化效率、长度比、管排方式等对热管换热器传热性能的影响；
　　③针对某低温烟气余热回收项目，进行理论分析并设计满足工程需求的烟气余热回收热管换热器；
　　④根据热管传热特性，从管间距、水流量角度针对理论设计提出优化方案。
　　随后，本文基于热管内部传热特性及换热器内流场的对称性，建立了热管换热器的CFD简化模型，对热管换热器的管间距、水流量优化方案进行数值模拟研究：
　　①探究不同管间距下热管换热器传热及阻力的变化规律。
　　②探究不同水流量下热管换热器传热及阻力的变化规律。
　　结果表明：热管换热器传热性能及阻力损失受管间距、水流量影响显著—减小管间距有利于提高一次能源效益值、改善换热器综合技术经济性能，故在热管换热器设计中应采用小管间距设计；增大水流量有利于强化换热，但应控制在一定范围内，否则过大的阻力损失将降低换热器综合技术经济性能。
　　论文最后基于实际工程项目进行实地测量，实测结果与数值模拟取得较好的一致性，验证了热管换热器在低温烟气余热回收工程中应用的可行性。
　　综上所述，本文采用理论分析计算、数值模拟、实测等研究方法，对热管换热器优化改进进行了深入研究，相关数值模拟方法及研究成果对促进我国低温烟气余热回收工作有积极的作用。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 研究现状

1.4 课题研究内容及技术路线

2 低温烟气余热回收用热管换热器理论基础

2.1 重力式热管理论基础

2.2 重力式热管设计理论基础

2.3 气-液式热管换热器设计理论基础

2.4 本章小结

3 低温烟气余热回收用气-液式热管换热器设计

3.1 气-液热管换热器初步设计

3.2 校核及性能评价

3.3 换热器设计结果

3.4 优化构想

3.5 本章小结

4 热管换热器优化设计数值模拟建模与求解

4.2 热管换热器模型

4.1 CFD简介

4.3 网格划分

4.4 控制方程及湍流模型

4.5 边界条件设置

4.6 控制方程离散化

4.7 求解器选择及运算

4.8 本章小结

5 数值模拟结果分析与应用验证

5.1 管间距影响分析

5.2 水流量影响分析

5.3 综合性能分析

5.4 应用验证

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献