冷凝式燃气热水器换热器的研究

摘要

节约能源、提高能源利用率是保证我国经济健康增长的必要条件。近年来，各地普遍出现的用电紧张，某些地区液化石油气价格大幅增长，成品油多次提价，都反映了目前我国的经济增长模式还是以低效的利用能源为代价，节约能源和提高能源利用率刻不容缓。本文以燃气热水器为研究对象，以提高热水器的能效水平为目的，旨在开发高效、节能、环保的冷凝式燃气热水器产品。 本文设计了一种烟气导流装置连接冷凝换热器和显热换热器，从而解决了冷凝式热水器的结构布置和冷凝水收集的问题。随后，以天然气和液化石油气为例，计算出烟气的物性参数，进而分析烟气露点温度、热水器排烟温度、空气过量系数以及气种之间的关系。然后对所开发的两种冷凝换热器进行试验研究。对热水器的性能研究表明，在额定工况下，冷凝式热水器的热效率可达99.6％，并研究了热水器变负荷、分级负荷与效率、CO体积分数等量的关系。随后，对凝结传热过程进行了分析，根据试验数据，利用传热计算方程式，拟合出Nu数和Re、Ln、Pr的准则关系式。最后，利用PHOENICS软件对烟气在翅片间的传热过程进行了数值模拟，利用流体力学和传热学原理对模拟结果进行分析，提出了对换热器设计的进一步改进建议。

目录

文摘

英文文摘

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第1章冷凝式燃气热水器简介

1.1冷凝式热水锅炉

1.1.1冷凝式锅炉(热水器)的理论基础

1.1.2冷凝式锅炉的发展历史和应用现状

1.1.3冷凝式热水锅炉的结构形式

1.2燃气热水器的发展概况

1.2.1燃气热水器的发展模式

1.2.2热水器发展的几个关键技术问题

1.2.3冷凝式燃气热水器的发展现状

1.3紧凑高效换热器的开发

1.4冷凝液成分和产生量的研究现状

1.5材料防腐性能的研究现状

1.6本课题的研究内容

第2章冷凝式燃气热水器结构设计与能效分析

2.1冷凝换热器简介

2.1.1冷凝换热器的结构形式

2.1.2翅片管的流动和传热分析

2.2燃气热水器的结构设计

2.2.1倒置式燃气热水器

2.2.2烟气导流型冷凝式热水器

2.3冷凝式燃气热水器的热效率分析

2.3.1烟气成分及相关性质的计算

2.3.2空气过量系数对烟气露点温度的影响

2.3.3热效率与排烟温度的关系

2.3.4空气过剩系数、排烟温度、热效率三者关系

2.4本章小结

第3章冷凝式热水器样机性能研究

3.1研究目的

3.2试验台简介

3.3试验数据处理

3.4试验结果分析

3.4.1翅片片数对热效率的影响

3.4.2燃气二次压与热负荷的关系

3.4.3热水器热负荷与热效率的关系

3.4.4燃气二次压与烟气中CO含量的关系

3.4.5分级负荷对热效率的影响

3.4.6分级负荷对CO量的影响

3.5测定结果与理论分析的比较

3.6耐久性试验前后性能对比

3.7本章小结

第4章冷凝换热器性能分析

4.1冷凝换热的研究现状

4.1.1纯蒸汽冷凝换热的研究现状

4.1.2含少量不凝气体的蒸汽凝结换热

4.1.3多组分混合气体受迫对流凝结换热

4.1.4伴随有水蒸气凝结的烟气对流换热

4.2冷凝换热器的换热性能计算

4.2.1翅片管对流换热准则方程建立

4.2.2试验数据处理

4.3本章小结

第5章冷凝式换热器的数值研究

5.1 PHOENICS简介

5.2换热器的翅片的数学物理模型

5.2.1物理模型的建立

5.2.2流动与换热的基本控制方程

5.2.3湍流的k-ε模型

5.3计算过程处理

5.3.1边界条件设置

5.3.2计算过程处理

5.4计算结果及讨论

5.4.1翅片间的流动特性

5.4.2翅片的传热特性

5.4.3模拟与试验的对比

5.5本章小结

第6章结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

个人简历及在校期间发表的学术论文与研究成果