工业循环水节能演示装置设计与研究

摘要

目前，循环水系统在工业上的应用很广，尤其是在钢铁制造厂中，存在着大量的循环冷却水用户，工业循环水系统如同工业生产过程的生命线，它为设备维护及生产正常进行提供保障。因此，对于工业循环水节能优化技术的研究意义非凡。
　　本论文研发了工业循环水系统组合节能演示实验装置，适用于模拟采取多种节能措施的工业循环水系统，可通过实验得到不同的节能效果。利用Solidworks软件设计并加工制造了工业循环水系统实验平台，并利用智慧阀门实现该系统的流量及压力自动调节。实验平台通过对不同工况下的设备状态、参数设置、能耗状态进行准确记录和分析，从而完成节能效果对比。
　　利用辛普森公式及热力学理论的二维计算方法得到实验装置的冷却性能，并详细分析该冷却系统的影响因素，验证了冷却系统的可行性。利用Fluent仿真软件，对冷却系统气液两相流传质传热数值模拟，从而获得混合相速度、温度随冷却塔Z轴方向变化曲线。
　　分析了工业循环水节能演示装置的电气控制策略及控制系统，完成工业循环节能演示平台的搭建。并通过实验得到不同设备、不同控制策略所能达到的节能效果。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景和意义

1．2 工业循环水系统概述

1．2．1 工业循环水系统的发展与现状

1．2．2 工业循环水系统的节能技术基本原理

1．3 工业循环水系统冷却塔的概述

1．3．1 冷却塔的结构

1．3．2 冷却塔的传热原理

1．4 PLC技术在工业循环水系统节能优化上的应用

1．5 本文研究内容

第2章 工业循环水节能演示装置设计及制造

2．1 工业循环水节能演示装置系统整体设计

2．1．1 演示装置系统方案设计

2．1．2 工业循环水节能演示装置三维设计

2．2 演示装置主要元件设计

2．2．1 冷却塔的结构设计

2．2．2 加热箱的结构设计

2．3 装置运行特点

2．3．1 装置启动条件

2．3．2 装置启动过程

2．3．2 系统停止

2．4 能源介质需求及对外接口

2．5 实验平台重要部件的制造

2．6 本章小结

第3章 演示装置传热传质数学模型的建立

3．1 数值模拟理论

3．1．1 数值模拟理论的产生和发展

3．1．2 流体流动形式的判别

3．2 湍流的数值模拟

3．2．1 标准κ-ε双方程模型

3．2．2 RNGκ-ε模型(重组化群κ-ε模型)

3．3 两相流的数值模拟

3．4 多孔介质数值模拟

3．5 冷却塔及加热器传热的计算

3．5．1 冷却塔的传热计算

3．5．2 加热箱的加热功率计算

3．6 本章小结

第4章 实验平台热力场三维数值模拟仿真

4．1 冷却塔风机内部流场分析

4．1．1 冷却塔风机仿真模型的建立

4．1．2 冷却塔风机模型仿真边界条件设置及算法选择

4．1．3 冷却塔风机仿真结果分析

4．2 冷却塔水流流动值数值模拟仿真

4．2．1 冷却塔简化模型的建立

4．2．2 冷却塔水流仿真边界条件设置及算法选择

4．2．3 冷却塔水流仿真结果

4．3 冷却塔气液两相流传热传质数值模拟仿真结果

4．3 多孔介质阻力对气液两相流传热传质的影响

4．3．1 多孔介质边界条件的计算和修改

4．3．2 多孔介质阻力对气液两相流传热传质结果的影响

4．4 本章小结

第5章 工业循环水节能演示实验平台搭建

5．1 工业循环水节能演示实验平台控制系统硬件设计

5．2 实验平台控制策略研究

5．3 工业循环水节能演示实验平台控制系统软件设计

5．4 工业循环水节能演示实验平台整体调试

5．4．1 平台控制系统硬件检查

5．4．2 平台控制系统现场联机调试

5．5 本章小结

第6章 实验平台部分实验演示及结论

6．1 高效水泵与非高效水泵节能效果对比实验

6．1．1 实验目标及其步骤

6．1．2 实验结论

6．2 变频水泵与非变频水泵并联运行实验

6．2．1 实验目标及其步骤

6．2．2 实验结论

6．3 高效水泵与变频非高效水泵并联运行能耗状况分析实验

6．3．1 实验目标及其步骤

6．3．2 实验结论

6．4 阀门控制调节与变频控制调节能耗对比实验

6．4．1 实验目标及其步骤

6．4．2 实验结论

6．5 泵出口阀门调节和水泵运行工况点的关系实验

6．5．1 实验目标及其步骤

6．5．2 实验结论

6．6．1 实验目标及其步骤

6．6．2 实验结论

6．7 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 本文结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简历及在硕士期间的学习成果

附录