海水源热泵系统中海水—乙二醇溶液换热器的研发

摘要

海水源热泵具有节能环保、运行稳定等特点，目前在沿海地区越来越受到关注。天津港30万吨油码头办公楼采用海水源热泵采暖空调系统。由于海水的腐蚀性和海洋生物附着问题，工程中海水不直接进入热泵机组，而是采用中间换热器，使海水与来自热泵机组的乙二醇溶液在换热器中进行换热。成功设计一种高效经济的换热器，将非常有利于海水源热泵在我国沿海地区的推广应用。 本课题针对海水源热泵系统中换热器的防腐、换热及阻力特性等问题，设计了一种新型换热器，并对其进行了实验研究，主要内容包括以下五点。 （1）换热器结构形式的选择：由于海水易腐蚀、易结垢，换热器必须便于清洗，有较强的防腐功能等，最终决定采用开式换热器。 （2）换热器传热及阻力计算：利用经验公式对换热器做初步的设计计算，设计了一个换热量为4kW的换热器模型。 （3）加工了一个换热器模型并对其进行实验：工程中冬、夏季海水都不直接进入机组，而是进入中间换热器进行换热。由于实验条件限制，本课题仅针对冬季工况进行了实验测试。实验内容主要包括乙二醇溶液流量不变时，测量换热器传热系数随海水流量变化的变化规律，以及海水流量不变时，测量换热器管侧流动阻力随乙二醇溶液流量变化的变化规律等两方面。 （4）对实验数据进行整理，得到换热器壳侧换热规律和管侧阻力特性。 （5）利用拟合出的公式确定实际工程中换热器的管内经济流速，并计算得出该经济流速下换热器的结构形式。 天津港地处渤海湾，拥有丰富的海水资源，并且使用海水源热泵已经具有可靠的技术保障。本课题中换热器能很好的解决海水的腐蚀问题，清洗方便，换热效果好。课题的实验结果及理论分析为天津港及沿海地区海水源热泵系统中进一步推广应用该类型换热器提供了可靠的依据。

目录

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第一章绪论

1.1课题背景

1.1.1能源利用现状

1.1.2生态环境污染严重

1.1.3可持续发展战略

1.1.4热泵的发展

1.1.5海水源热泵的应用

1.2课题的提出及研究的意义

1.2.1课题的提出

1.2.2本课题研究的意义

1.3研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4本课题主要研究工作

第二章海水源热泵系统设计

2.1工程概况

2.2设计参数

2.2.1空调负荷统计

2.2.2海水设计参数选取

2.2.3空调设计方案

2.3海水源热泵系统流程

2.4海水源热泵系统用于该工程的节能性

2.5本章小结

第三章海水—乙二醇溶液换热器设计

3.1换热器的分类及各自特点

3.2换热器设计准则

3.3换热器防腐及海洋生物附着问题的处理

3.3.1海水腐蚀问题

3.3.2各种防腐措施

3.3.3本课题换热器防腐处理方式

3.3.4海洋生物附着问题

3.4换热器结构形式的选定

3.5换热器计算

3.5.1换热器设计计算

3.5.2换热器校核计算

3.6换热器计算公式

3.6.1基本方程式

3.6.2传热系数计算

3.6.3流动阻力(压力降)计算

3.6.4纵向隔板长度计算

3.6.5进出口连接管直径计算

3.7换热器计算程序

3.7.1设计程序原理框图

3.7.2校核程序原理框图

3.8换热器计算结果

3.9本章小结

第四章实验系统设计及测试方法

4.1实验目的

4.2实验系统设计

4.2.1设计指导思想

4.2.2实验装置的系统构成和基本功能

4.3实验测试内容

4.4实验测试方法及步骤

4.4.1实验准备工作

4.4.2实验方法

4.4.3实验步骤

4.5本章小结

第五章实验结果及处理

5.1实验数据

5.1.1改变海水侧流量

5.1.2改变乙二醇溶液侧流量

5.2数据处理

5.2.1处理方法

5.2.2数据处理结果

5.2.3管内外流速对换热器传热系数的影响

5.3本章小结

第六章海水—乙二醇溶液换热器经济流速的确定

6.1经济流速的计算方法

6.1.1总费用表达式

6.1.2换热面积及流动阻力的计算

6.1.3费用值计算

6.2经济流速计算及其结果

6.3本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望与不足

参考文献

科研情况说明

致 谢