塑料换热器在生活污水中的换热特性研究

摘要

为解决生活污水对金属换热器的腐蚀问题，尝试用氟塑料换热器代替金属换热器在污水源热泵系统中的应用。根据氟塑料换热器在化工行业中的应用现状和发展前景，分析了氟塑料换热器的优势和缺陷，并针对生活污水水质可能带来的问题，提出了氟塑料换热器在生活污水换热过程中需要研究的一系列问题。
　　 实验以PTFE管和铝塑管为研究对象，通过分析实验系统运行工况和制冷性能参数的变化情况，研究了在同等实验条件下塑料换热管的污垢热阻变化特性和污垢生长特性，比较了PTFE管与铝塑管换热性能和污垢对换热性能的影响，论证了氟塑料换热器更适合在生活污水中的应用。本文主要研究结论如下：
　　 (1)塑料换热器虽然解决了生活污水对金属换热器的腐蚀问题，但并没有克服生物污垢在换热器表面上的生长。通过对PTFE管和铝塑管的污垢热阻曲线变化趋势的分析，总结出了污垢在塑料换热器表面上的生长特性。污垢在塑料换热器表面的生长过程可分为三个阶段：不稳定生长阶段，过渡阶段和不规则振荡阶段。
　　 (2)塑料换热器表面污垢由沉积致密层和附着松软层两部分组成，附着松软层污垢热阻起主导作用，占总热阻50％～65％。在不规则振荡阶段，PTFE管的平均污垢热阻值为2.3×10-3(m2·℃)/W，铝塑管的平均污垢热阻值为4.2×10-3(m2·℃)/W，铝塑管的平均污垢热阻几乎是PTFE管的2倍。
　　 (3)与金属换热器相比较，污垢对塑料换热器的换热性能的影响更为突出，且塑料换热器一浸泡在生活污水中，就受到污物对换热性能的影响。
　　 (4)PTFE管的换热性能受污垢影响小，换热性能稳定，传热系数从170W/(m2·℃)逐渐下降到150W/(m2·℃)，变化幅度只有20W(/m2·℃)；特殊构造的铝塑管表面污垢生长严重，传热系数急剧下降且波动大，从185W/(m2·℃)急剧下降到了130W/(m2·℃)。在生活污水换热过程中，PTFE管的换热性能优于铝塑管。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 我国建筑、暖通空调能耗和环境现状

1.2 国内外污水源热泵系统的研究现状

1.2.1 污水资源回收和利用的重要性

1.2.2 国内外污水源热泵技术研究与应用现状

1.2.3 污水源热泵系统的关键技术和主要问题

1.3 课题的提出

1.4 课题研究的目的、意义和内容

1.4.1 研究的目的和意义

1.4.2 研究内容

2 污水换热器防污除垢主要设备和工艺

2.1 主要除污防堵设备的优势与缺陷

2.1.1 自动筛滤器

2.1.2 自动旋筛过滤器

2.1.3 除污防阻器

2.1.4 旋转简式自动除污取水装置

2.1.5 旋转流污水预处理器

2.2 在线清洗除垢设备的优势与缺陷

2.2.1 传热管自动清洗装置

2.2.2 海绵胶球在线清洗技术

2.2.3 管内插入物在线清洗技术

2.2.4 流化床换热器的固液分离技术

2.3 本章小结

3 塑料换热器在污水源热泵系统中的应用前景

3.1 氟塑料换热器的研究与应用现状

3.2 氟塑料换热器的优势和缺陷

3.2.1 氟塑料换热器的优势

3.2.2 氟塑料换热器的缺陷

3.3 氟塑料换热器在污水源热泵系统中应用的可行性

3.3.1 塑料换热器在空调系统中的应用和研究

3.3.2 塑料换热器在污水源热泵系统中的应用研究

3.3.3 氟塑料换热器在污水源热泵系统中的应用前景

3.3.4 氟塑料换热器在生活污水换热中存在的问题

3.4 本章小结

4 研究方法与实验系统设计

4.1 换热器传热系数和污垢热阻的研究方法

4.2 实验系统设计

4.2.1 实验系统方案设计

4.2.2 实验参数计算

4.2.3 实验平台的组建

4.3 主要实验设备及仪器

4.3.1 实验用水

4.3.2 实验设备及仪器

4.4 实验数据的监测

4.5 本章小结

5 塑料换热器的换热特性分析

5.1 污水源热泵实验系统的性能参数分析

5.1.1 生活污水水温特性分析

5.1.2 实验系统性能参数分析

5.2 塑料换热器的污垢生长特性

5.2.1 PTEF管与铝塑管的污垢生长特性

5.2.2 塑料换热器与金属换热器受污垢影响的差异性

5.3 污垢对塑料换热器的换热性能影响

5.4 塑料换热器的污垢组份分析和清洗

5.4.1 塑料换热器的污垢组份分析

5.4.2 塑料换热器的污垢的清洗

5.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果