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用于海水源热泵系统的海水—乙二醇溶液抛管式换热器设计

作　者: 俞洁
导　师: 张欢
学　校: 天津大学
专　业: 热能工程
关键词: 海水源热泵 换热器数学模型 换热性能 实验验证 换热器结构
分类号: TK172
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 107次
引　用: 1次
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内容摘要


海水水温恒定且热容量较大,非常适合作为空调冷热源使用。本文从分析建筑节能现状出发,结合热泵技术的发展,提出在我国沿海地区采用丰富的海水作为热泵系统的冷热源来解决沿海地区能源利用与消费间的矛盾这一问题,进而以天津港30万吨油码头办公楼为例,探讨了海水源热泵采暖空调系统的有关问题。本文针对海水源热泵空调系统设计,提出在水源侧采用闭式间接循环系统,设计了一种抛管换热器,即采用抛管换热器将海水与乙二醇溶液循环系统分隔开。另外,考虑到海水源热泵系统在今后工程中的推广应用,本文对海水的特殊性进行了简单的介绍,并简要阐述了海水源热泵空调系统设计中遇到的一些特殊问题。论文主要内容包括以下五点。(1)换热器结构形式的选择:当海水进口温度过低时,机组效率将会大大减小,甚至会发生结冰现象,导致系统无法运行;而且海水易腐蚀、易结垢;因此最终决定采用抛管换热器。(2)换热器在冬季结冰和不结冰两种工况下传热数学模型的建立:根据热平衡原理建立数学模型,并计算换热器的换热性能。(3)加工了一个换热器模型,并对其进行实验测试:由于时间所限,本课题仅针对冬季一般工况进行了实验测试。实验内容主要包括换热器管内乙二醇溶液流量不变时,测量换热器换热量随进口温度变化的变化规律;以及换热器管内乙二醇溶液流量改变时,换热器换热量以及管内流动阻力的变化规律等两个方面。(4)对实验数据进行整理,并对理论计算数值进行验证。(5)对费用年值建立目标函数,得出在年费用值最低时的换热器结构形式。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。此换热器不需要海水进入热泵机组,而是将换热器直接抛入海水中,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,从而避免了海水对机组的腐蚀。另外抛管换热器管材成本低,寿命长,耐腐蚀,它将非常有利于海水源热泵在我国沿海地区的推广应用。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 能源概况  9-16
    1.1.1 建筑节能的含义与发展历程  9-10
    1.1.2 建筑能耗的特点与地源热泵节能技术  10-11
    1.1.3 地源热泵系统组成与分类  11-13
    1.1.4 地源热泵的发展  13-14
    1.1.5 海水源热泵的应用  14-16
  1.2 课题的提出及研究的意义  16-17
    1.2.1 课题的提出  16
    1.2.2 本课题研究的意义  16-17
  1.3 研究现状  17-19
    1.3.1 国外研究现状  17-19
    1.3.2 国内研究现状  19
  1.4 作者主要研究工作  19-20
  1.5 论文架构  20-21
第二章 海水源热泵系统设计  21-29
  2.1 工程概况  21
  2.2 设计参数  21-24
    2.2.1 空调负荷统计  21-22
    2.2.2 海水设计参数选取  22
    2.2.3 空调设计方案  22-24
  2.3 海水源热泵空调系统设计中的特殊问题  24-26
    2.3.1 海水的特殊性  24-26
    2.3.2 海水源热泵系统形式  26
    2.3.3 投资的经济性  26
    2.3.4 整体系统设计角度  26
  2.4 海水源热泵系统流程  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 实验系统设计及测试方法  29-36
  3.1 实验系统设计  29-32
    3.1.1 设计指导思想  29
    3.1.2 实验装置的系统构成和基本功能  29-32
  3.2 实验测试内容  32-33
  3.3 实验测试方法及步骤  33-35
    3.3.1 实验准备工作  33-34
    3.3.2 实验方法  34
    3.3.3 实验步骤  34-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 海水—乙二醇溶液换热器的数学模拟  36-60
  4.1 换热器的设计  36-38
  4.2 换热器冬季不结冰工况数学模拟  38-51
    4.2.1 数学模型的建立  38-40
    4.2.2 数学模型的求解  40-45
    4.2.3 实验验证与理论结果的对比分析  45-49
    4.2.4 换热器的模拟研究  49-51
  4.3 换热器冬季结冰工况数学模拟  51-58
    4.3.1 数学模型的建立  51-54
    4.3.2 数学模型的求解  54-56
    4.3.3 换热器的模拟研究  56-58
  4.4 本章小结  58-60
第五章 海水-乙二醇溶液抛管换热器结构的确定  60-65
  5.1 总费用的计算方法  60-62
  5.2 换热器结构的确定  62-64
  5.3 本章小结  64-65
第六章 结论与建议  65-67
  6.1 结论  65
  6.2 不足与展望  65-67
参考文献  67-70
发表论文和科研情况说明  70-71
致谢  71

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中图分类: > 工业技术 > 能源与动力工程 > 热力工程、热机 > 工业用热工设备 > 换热设备
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