發(fā)布時間：2018-05-28 02:02

  本文選題：冷凝換熱器 + 冷凝傳熱��； 參考：《山東大學》2017年碩士論文

【摘要】：燃氣發(fā)電機組是社會生活中廣泛使用的設備之一,但其熱效率僅有300%～40%,大部分熱量都被排煙及冷卻水帶走,造成能量的極大浪費。余熱利用的方式很多,但不管哪種方式,高效的換熱設備是余熱利用的基本要求。冷凝式余熱換熱器與一般換熱器相比,煙氣出口溫度更低,不但回收更多顯熱,而且利用了潛熱,能量的利用率提高。同時,煙氣中的有害氣體也大量溶于水,使污染物排放降低。因此冷凝式換熱器不但節(jié)能而且環(huán)保,本文選擇這種換熱器作為回收煙氣余熱的裝置。本文根據實際情況進行燃氣發(fā)電機組的余熱利用設計,主要包括冷卻水及煙氣回收換熱器的選擇及系統(tǒng)整體布置,得到余熱利用系統(tǒng)圖。分析煙氣的冷凝換熱模型,選擇合適的冷凝傳熱系數,根據煙氣冷凝換熱的特性,建立數學公式,設計計算流程,利用已知條件對冷凝式余熱換熱器進行結構設計。然后根據結果使用計算流體力學(CFD)的前處理軟件Gambit對換熱器建立三維物理模型,對模型劃分非結構性網格,并初步設置邊界條件。在FLUENT中進行材料、操作條件及邊界條件設置,選定合適的湍流模型、多相流模型,編譯用戶自定義程序。通過FLUENT實現對耦合傳熱傳質過程求解,對數值模擬的結果進行處理得到煙氣側的溫度、速度、壓力分布圖及不同初始參數(進口速度、溫度等)對換熱性能(換熱系數、熱效率)的影響。數值模擬結果表明:通過分析煙氣側的溫度、壓力、速度分布圖可以看到煙氣流動的變化趨勢,發(fā)現換熱器存在的一些問題并進行結構優(yōu)化。不同的參數對換熱性能影響有大有小,冷卻水入口流量的增大可同時提高換熱器的換熱系數和熱效率,但造成進出口壓差大幅增大及出口水溫大幅降低,需根據需要合理選擇入口水流量。隨著冷卻水入口溫度的升高,熱效率逐漸降低,這是因為隨著水側的平均溫度升高,管壁的平均溫度也會升高,因此靠近壁面的煙氣更難到達露點放出潛熱;隨著煙氣速度的增加,換熱器的熱效率也下降,這是因為煙速增加,煙氣與冷卻水的換熱時間就會減少,熱量回收不充分,換熱效率下降。另外煙速的增大使殼側沿程阻力增大,進出口壓差稍增,對內燃機影響不大。煙氣中水蒸氣的含量越大,混合氣中水蒸氣的分壓上升,煙氣的飽和溫度升高,水蒸氣在更高溫度就可冷凝放熱因此,潛熱回收量增多,換熱效率增大。本文基于燃氣發(fā)電機組進行的煙氣冷凝式余熱換熱器的設計計算和計算流程編制,對燃氣內燃機及其他類似設備的煙氣冷凝式余熱換熱器計算設計有一定的參考價值。對CFD仿真結果進行分析,經過圖表分析得到的不同因素對換熱器熱效率及換熱系數的影響規(guī)律,對之后的冷凝式余熱換熱器設計及改進具有一定的理論參考價值。
[Abstract]:Gas generator unit is one of the widely used equipments in social life, but its thermal efficiency is only 300% and 40%. Most of the heat is taken away by exhaust smoke and cooling water, resulting in a great waste of energy. There are many ways to use waste heat, but in either way, efficient heat exchanger is the basic requirement of waste heat utilization. Compared with the conventional heat exchangers, the condensed heat exchanger has lower exit temperature, more sensible heat recovery, and higher energy utilization rate by utilizing latent heat. At the same time, the harmful gases in the flue gas are also dissolved in water, reducing the pollutant discharge. Therefore, condensing heat exchanger is not only energy saving and environmental protection, this heat exchanger is chosen as the device for recovering waste heat from flue gas. In this paper, the waste heat utilization design of gas generating set is carried out according to the actual situation, including the selection of cooling water and flue gas recovery heat exchanger and the overall arrangement of the system, and the system diagram of waste heat utilization is obtained. This paper analyzes the condensation heat transfer model of flue gas, selects the appropriate condensation heat transfer coefficient, establishes the mathematical formula according to the characteristics of the flue gas condensation heat transfer, designs the calculation flow, and designs the structure of the condensing waste heat exchanger by using known conditions. Based on the results, a three-dimensional physical model of the heat exchanger is established by using the pre-processing software Gambit of computational fluid dynamics. The model is divided into non-structural meshes and the boundary conditions are preliminarily set up. Material, operation conditions and boundary conditions are set in FLUENT, suitable turbulence model and multiphase flow model are selected, and user-defined programs are compiled. The coupled heat and mass transfer process is solved by FLUENT, and the results of numerical simulation are processed to obtain the heat transfer performance (heat transfer coefficient) of the flue gas side such as temperature, velocity, pressure distribution and different initial parameters (inlet velocity, temperature, etc.). The effect of heat efficiency. The numerical simulation results show that the variation trend of flue gas flow can be seen by analyzing the temperature, pressure and velocity distribution of the flue gas side, and some problems existing in the heat exchanger can be found and the structure of the heat exchanger can be optimized. The influence of different parameters on the heat transfer performance is very small. The increase of the inlet flow rate of cooling water can increase the heat transfer coefficient and heat efficiency of the heat exchanger at the same time, but the pressure difference between the inlet and the outlet and the water temperature at the outlet can be greatly increased. According to the need for reasonable selection of inlet water flow. With the increase of the inlet temperature of cooling water, the thermal efficiency decreases gradually, which is because with the increase of the average temperature of the water side, the average temperature of the pipe wall will also increase, so it is more difficult for the smoke near the wall to reach the dew point to release latent heat. With the increase of flue gas velocity, the heat efficiency of heat exchanger also decreases, because the heat transfer time between flue gas and cooling water decreases with the increase of smoke speed, the heat recovery is not sufficient, and the heat transfer efficiency decreases. In addition, the increase of smoke velocity increases the side resistance of the shell and the pressure difference between the inlet and outlet, which has little effect on the internal combustion engine. The higher the content of water vapor in the flue gas, the higher the partial pressure of water vapor in the mixture, the higher the saturation temperature of the flue gas, and the higher the water vapor can be condensed and exothermic. Therefore, the amount of latent heat recovery increases and the heat transfer efficiency increases. Based on the design calculation and calculation flow of flue gas condensing waste heat exchanger carried out by gas generator set, this paper has a certain reference value for the calculation and design of flue gas condensing waste heat exchanger for gas combustion engine and other similar equipment. The simulation results of CFD are analyzed, and the influence of different factors on heat exchanger efficiency and heat transfer coefficient is analyzed, which has a certain theoretical reference value for the design and improvement of condensed waste heat exchanger.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TK172;TM314

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