矿井回风源热泵技术应用研究

摘要

采矿生产中会产生各种有害有毒气体，使矿内空气成分发生一系列的变化，不但影响工作效率，而且也对工作人员的身体健康造成严重威胁，因此有必要对矿区工作环境进行通风。针对矿井回风风量大、湿度大、回风温度受室外气温影响较小且全年基本恒定的特点，为响应国家节能减排号召，发展循环经济，利用矿井回风热能结合热泵技术，回收矿井回风中的低位热源，用于矿井全年洗浴热水的供应以及公寓的冬季采暖、夏季制冷，从而缩减燃煤锅炉数量，减少大气污染。
　　由于回风和水不能充分接触进行换热，所以在进水管下方布置填料，在填料内水和空气发生热湿交换。这些填料结构设计新颖，亲水面积大、孔隙率大、压降小、换热效果好，填料内水滴形成水膜，增加水和空气的接触面积和接触时间。气液两相在换热器截面上换热更均匀，提高了水和空气的热交换强度，增加了整个系统的传热稳定性。结合回风热交换器在矿井余热回收的应用实例，通过理论分析、仿真模拟计算和实验研究的方法开展对余热回收量的有效控制研究。采用CFD软件对填料布置形式、水滴速度、回风风速以及扩散塔高度（换热器内部结构）等有关参数进行模拟，并根据模拟的结果得到较好的换热参数来提高回风换热的效率。本文以传热学的理论为基础，结合热泵技术理论知识构建了矿井回风源应用系统，最后在技术性、经济性等方面是否具有可实施性加以论证。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 国内矿井环境

1．2 回收矿井回风余热的必要性

1．3 矿井回风余热回收装置的研究现状以及改进

1．3．1 矿井回风低温余热回收装置的发展现状和改进

1．3．2 矿井回风源热泵系统的组成及工作原理

1．4 本文研究目的和内容

第2章 理论分析

2．1 换热装置类型和传热原理

2．1．1 直接接触式热湿交换原理

2．1．2 间接接触式热湿处理的原理

2．2 空气与水直接接触时的状态变化过程

2．3 湿空气与水热质交换计算

2．4 填料加入后换热器内换热

2．4．1 填料的基本概念

2．4．2 特性数据

2．4．3 填料层内气液两相流动特性

2．4．4 填料(多孔介质)的研究方法

2．5 影响换热装置换热主要因素

2．5．1 扩散塔换热的影响因素

2．5．2 气液之间的双膜阻力是热质交换的控制因素

2．6 回风换热装置的热交换效率

2．7 本章小结

第3章 模拟基础介绍

3．1 模拟软件介绍

3．2 建立流动模型基础

3．2．1 换热装置的模拟方法

3．2．2 流场迭代求解方法

3．2．3 换热装置内流体描述方法

3．2．4 换热装置内湍流模型

3．2．5 控制方程的建立

3．2．6 传热传质计算

3．2．7 确定初始条件和边界条件

3．2．8 两项耦合

3．3 本章小结

第4章 模拟部分

4．1 数值模型的建立

4．2 网格的划分

4．3 换热装置的流场数值模拟及结果分析

4．3．1 换热装置模拟参数

4．3．2 夏季工况模拟

4．3．3 加入填料后换热器模拟

4．4 回风风速、水滴速度和填料位置高度模拟

4．4．1 改变风速

4．4．2 改变水滴速度

4．4．3 改变填料位置高度

4．5 本章小结

第5章 实验部分

5．1 测量装置

5．2 测试原理图及其测试布置点

5．3 模拟数据和实验测试数据对比分析

5．4 本章小结

第6章 经济性分析

6．1 工程概况

6．2 回收换热量的计算

6．3 经济性分析

6．4 本章小结

结论

展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文