聚偏氟乙烯中空纤维换热器研制及耦合减压膜蒸馏过程研究

摘要

塑料紧凑式换热器(PCHE)是近几年发展起来的一种新型高效传热设备，受到广大研究者的青睐。PCHE以其大比表面积，高传热效率和强耐腐蚀性能，在热量回收领域有着得天独厚的优势。本文自主纺制了PVDF中空纤维换热丝，组装PVDF中空纤维换热器，用于PVDF中空纤维换热器VMD过程。
　　 本文主要内容包括：熔融纺丝法制备PVDF中空纤维；鳞片石墨填充PVDF改性；PVDF中空纤维换热器填充方式优化；PVDF中空纤维换热器耦合VMD过程研究。
　　 通过比较向上纺丝法和向下纺丝法，发现向下纺丝法能够纺出较为稳定的中空纤维换热丝，控制入水距离为80～100cm，调节气量在0～2.0L/h之间，纺出不同规格的中空纤维。
　　 由于PVDF本身的导热系数较低，作为换热器用材料，其导热性能的不足非常明显，所以，本文对PVDF进行石墨填充改性，提高其导热性能，通过实验测定和理论计算，发现添加偶联剂后，改性后的PVDF拉伸性能较不添加偶联剂有所提高，石墨添加量为25vol％时，改性PVDF导热系数为纯PVDF的2倍。改进了PVDF换热器的填充方法，发现添加圆形档板，对换热丝进行编织均可以有效的增大换热器总传热系数Kc，安装挡板后，总传热系数Kc比初始值增加了100％；对换热丝进行编织可以增大Kc，通过试验得出，选择编织根数为15根为最佳编织根数。
　　 通过对PVDF中空纤维换热器耦合VMD过程研究，确定了：①最佳蒸汽冷凝途径；②冷凝传热系数Kcon的选择范围；③换热器冷热侧进出口温度的选择范围；④蒸汽冷凝过程中的压降以及蒸汽冷凝百分数。

目录

文摘

英文文摘

学位论文的主要创新点

第一章 绪论

1.1 塑料换热器研究进展

1.1.1 塑料换热器发展现状

1.1.2 常用工程塑料及其性质

1.1.3 聚合物换热器的分类

1.1.4 塑料紧凑式换热器

1.2 管壳式换热器强化传热研究进展

1.2.1 强化传热技术分类

1.2.2 强化传热结构

1.3 膜蒸馏概述

1.3.1 膜蒸馏简介

1.3.2 MD热量传递过程研究进展

1.3.3 膜蒸馏用换热器要求

1.4 本研究目的与意义

1.4.1 本课题目的

1.4.2 论文思路

1.4.3 本课题意义

第二章 理论部分

2.1 熔融纺丝制备PVDF中空纤维机理

2.2 VMD热量传递与质量传递机理

2.3 毛细管内表面和外表面的冷凝传热过程

2.3.1 两相流模型

2.3.2 VMD过程蒸汽性质

2.3.3 毛细管内部VMD蒸汽冷凝过程

2.4 本章小结

第三章 熔融纺丝法制备PVDF中空纤维及PVDF改性研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验仪器及材料

3.1.2 实验装置及运行

3.2 结果与讨论

3.2.1 纺丝方向比较

3.2.2 操作参数对PVDF中空纤维内径壁厚的影响

3.2.3 VMD系统用PVDF中空纤维选择

3.2.4 PVDF中空纤维拉伸强度

3.2.5 PVDF填充改性

3.3 结论

第四章 PVDF中空纤维换热器换热性能研究及优化

4.1 实验部分

4.1.1 实验装置及运行

4.1.2 数据处理

4.2 结果与讨论

4.2.1 不同填充密度对换热性能影响

4.2.2 换热器长度对换热性能影响

4.2.3 换热器填充方式优化

4.3 结论

第五章 PVDF中空纤维换热器耦合VMD过程研究

5.1 实验部分

5.1.1 实验装置及运行

5.1.2 VMD通量J计算方法

5.1.3 冷凝传热系数Kcon的计算方法

5.2 结果与讨论

5.2.1 冷凝方式的确定

5.2.2 换热器安装倾斜角度对换热器性能的影响

5.2.3 冷凝传热系数Kcon范围的确定

5.2.4 流体两端温度的确定

5.2.5 换热器功率Q和冷却水流量Vc的确定

5.2.6 换热器面积Si设计

5.2.7 换热器压降计算及测定

5.3 结论

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

论文发表情况及参加科研情况说明

致谢