真空冷凝換熱性能模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、真空鍋爐由于其安全可靠、效率高、熱媒溫度靈活可變等優(yōu)點(diǎn)目前在暖通空調(diào)和鍋爐研究領(lǐng)域飽受青睞。課題以0.35MW真空熱水鍋爐為研究對(duì)象，在模擬工況的基礎(chǔ)上，搭建了小型真空熱水鍋爐實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并結(jié)合寧波富爾頓熱能設(shè)備有限公司提供的試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場中試實(shí)驗(yàn)測試與分析，對(duì)真空鍋爐在運(yùn)行過程中存在的換熱波動(dòng)以及出水溫度不均等影響性能穩(wěn)定的因素進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究。從真空環(huán)境下沸騰-冷凝共存、換熱管束存在的管束效應(yīng)兩個(gè)角度分析了對(duì)換熱的影響，得出了汽液

2、兩相逆流、間歇泉效應(yīng)、管束結(jié)構(gòu)布置等不穩(wěn)定因素引起了換熱過程的波動(dòng)與出水溫度不均。課題主要研究內(nèi)容如下:
　　一、真空冷凝換熱機(jī)理分析。分別從整體和局部兩個(gè)角度分析換熱過程，從理論上找出影響真空鍋爐換熱過程不穩(wěn)定的因素。結(jié)合現(xiàn)場運(yùn)行測試實(shí)驗(yàn)，將其與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，總結(jié)出影響真空鍋爐換熱不穩(wěn)定的主要因素為蒸汽的含濕量、蒸汽的流場、冷凝液的流動(dòng)、真空空間的壓力、溫度、換熱器的尺寸等因素。
　　二、換熱管冷凝換熱模擬。在充分

3、考慮液膜的厚度，管壁的厚度的基礎(chǔ)上對(duì)換熱管進(jìn)行流固熱耦合換熱模擬。采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，將模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，找出了最優(yōu)工況方案，模擬所得換熱系數(shù)與實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨勢大致相同。由于考慮了冷凝液膜的厚度，換熱管沿程管外壁的溫度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論計(jì)算所得換熱系數(shù)。因此，管外冷凝液膜熱阻對(duì)換熱過程影響較大。
　　三、單管管外真空冷凝換熱特性試驗(yàn)研究。搭建三回程單根換熱管小型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在對(duì)換熱器進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上，對(duì)管外冷凝換

4、熱特性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果進(jìn)行比較得出結(jié)論:管壁溫度沿流體流動(dòng)的方向逐漸升高，而不是理論上的溫度均勻;入口段流體溫度上升較快，其他階段均近似正比例曲線逐漸上升;真空環(huán)境下冷凝換熱系數(shù)與理論計(jì)算結(jié)果相差20％左右。
　　四、中試試驗(yàn)臺(tái)的研究。對(duì)實(shí)驗(yàn)用爐不同位置的換熱管進(jìn)出口溫度進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。所得結(jié)果與理論分析結(jié)果趨勢基本一致。真空鍋爐出口溫度的不穩(wěn)定常常伴隨著殼體內(nèi)壓力的波動(dòng)。排列靠近中心位置的換

5、熱管的換熱系數(shù)明顯低于邊排換熱管的換熱系數(shù)。因此，改變殼體內(nèi)的蒸汽流場使之更充分的接觸每根換熱管以及增大飽和蒸汽的干度能更好的提高真空鍋爐的換熱效率。
　　五、文章在研究的基礎(chǔ)上提出了兩種新型結(jié)構(gòu)的真空鍋爐:分體式真空熱水鍋爐和內(nèi)嵌鍋筒式真空熱水鍋爐，兩種鍋爐均將蒸汽和冷凝液通道分開，增大了蒸汽的干度，消除了冷凝液和蒸汽的逆流，減弱了管束效應(yīng)。
　　提高管外冷凝換熱系數(shù)需要從提高單管管外冷凝換熱系數(shù)與管束外冷凝換熱系數(shù)兩個(gè)方