星型翅片管式气化器传热性能优化

摘要

空温式星型翅片管式气化器不仅节能环保，且结构简单，不过其换热效率较低，在运行过程中翅片管壁面容易凝霜。霜层降低了气化器与空气进行换热的效率，致使气化器出口气体温度过低甚至出口处会出现带液的现象，产生设备安全和生产安全问题。空温式气化器以环境中的空气作为热源，由若干星型翅片管构成。本文提出了对壁面进行表面改性、改变壁面倾斜角度、太阳能补热等方法来减少翅片壁面霜层厚度，并在工业星型翅片管式气化器上进行了验证研究。
　　本文搭建了低温壁面实验平台和气化器实验系统，通过低温壁面实验平台对改进方法进行校验。以液氮作为冷工质，在控制单一变量的条件下，对比了普通气化器、具有疏水性能的气化器、具有太阳能吸热膜的气化器的传热情况和结霜情况。实验发现，流量对气化器实验系统的结霜和出口气体温度的影响明显，气化器实验系统有最佳流量。
　　实验研究表明，光照对空温式气化器的传热性能影响明显;具有疏水性能的气化器可有效降低翅片表面的结霜量并提高出口气体温度;具有太阳能吸热膜的气化器可提高出口气体温度;翅片管连接处的弯管影响相邻的翅片表面霜层厚度;翅片表面霜层呈阶梯状的分层现象，且分界线为弧形，普通壁面相邻阶梯的分界线不明显，疏水壁面相邻阶梯的分界线明显。
　　研究表明，在气化器实验系统的最佳流量下，具有疏水性能的气化器相比于普通气化器的管外对流换热系数提高了167％，是其2.67倍，每分钟的换热量提高了2％。相同产能下，具有疏水性能的气化器的换热面积为50m2时普通气化器需要133.5m2的换热面积，具有疏水性能的气化器可节省材料成本约3100元;具有太阳能吸热膜的气化器相比于普通气化器每分钟的换热量提高了1.2％，管外对流换热系数提高了47.4％。
　　本研究得到了星型翅片管式气化器传热性能的优化方法，对提高气化器传热性能和实现安全生产有比较重要的意义。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本文研究的背景及意义

1．1．1 课题的来源

1．1．2 研究背景及意义

1．2 工业气化器概述

1．3 气化器安全事故及分析

1．4 本章小结

第二章 气化器传热性能优化方向

2．1 翅片管传热分析

2．2 结霜对空温式气化器的影响及研究进展

2．3 本文研究的主要内容

2．4 本章小结

第三章 气化器传热性能实验研究

3．1 低温壁面结霜情况实验研究

3．1．1 实验方案

3．1．2 实验设备仪器

3．1．3 实验步骤

3．1．4 表面改性对低温壁面结霜的影响

3．1．5 壁面倾斜度对凝霜的影响

3．1．6 蓝膜对低温壁面补热性能研究

3．1．7 小结

3．2 气化器实验系统搭建

3．2．1 气化器组装

3．2．2 实验装置

3．2．3 装置实验前安全检查

3．3 实验方案

3．3．1 实验步骤

3．3．2 数据采集

3．4 实验结果及分析

3．4．1 流量影响

3．4．2 光照影响

3．4．3 疏水性能影响

3．4．4 太阳能吸热膜性能影响

3．4．5 初始结霜时间对比

3．5 数值模拟验证

3．5．1 翅片表面温度对比

3．6 本章小结

第四章 气化器传热性能计算

4．1 传热系数计算

4．1．1 换热面积

4．1．2 相关参数

4．1．3 换热量计算

4．1．4 换热量对比

4．2 管外对流传热系数对比

4．2．1 对流传热系数

4．2．2 对流传热系数对比

4．3 成本计算

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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