本文關鍵詞：真空鍋爐管束冷凝換熱特性研究

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【摘要】：真空鍋爐自從在日本首次推出以來,由于其運行安全可靠、無氧腐蝕壽命長、結(jié)構緊湊占地少、冷凝換熱效率高、熱媒溫度靈活可變等優(yōu)勢受到國內(nèi)外熱能設備領域越來越多的關注與研究。真空鍋爐的全稱叫做真空相變鍋爐,具有兩個特征,一個是“真空”,一個是“相變”。本課題主要研究的是燃氣真空鍋爐內(nèi)換熱管束(換熱器)的蒸汽-水換熱過程的特性。真空鍋爐換熱管束的蒸汽-水換熱過程相當復雜,影響因素眾多,有真空度、管內(nèi)冷卻水流速、進出口溫度、蒸汽流向、熱通量、管排布置等,這些因素對管束冷凝換熱效率的影響表現(xiàn)統(tǒng)稱為“管束效應”。為得到這些因素對管束冷凝換熱效率的影響機理,本文進行了實驗研究和數(shù)值模擬,并根據(jù)課題研究結(jié)果提出了換熱強化措施。在試驗研究中,與寧波富爾頓熱能設備有限公司合作搭建了真空鍋爐實驗臺,鍋爐的型號為：WNS0.47-1.0-60/50-YQ,額定熱功率為0.47MW。在實驗臺上安裝測點,研究了不同工況下的管束冷凝換熱特性,得到管排位置、管內(nèi)流速、熱通量、真空度等對管束效應的影響情況。實驗結(jié)果表明,在真空鍋爐中由于管束效應的存在出現(xiàn)了冷凝換熱不均勻的現(xiàn)象,熱通量越大換熱不均勻現(xiàn)象越明顯。在此基礎上,通過ANSYS軟件對管束間含不凝性氣體的蒸汽流場進行了數(shù)值模擬。模型選擇了實驗中的一個典型工況,模型包括凝結(jié)液體的質(zhì)量、動量、能量守恒方程以及蒸汽-不凝性氣體混合物的質(zhì)量、動量、能量、組分守恒方程。模型結(jié)果很好地解釋了實驗中的管束冷凝換熱不均勻現(xiàn)象。根據(jù)實驗結(jié)論與數(shù)值模擬結(jié)果,對真空鍋爐提出換熱強化的措施,針對蒸發(fā)-冷凝共存問題提出了改變蒸汽流向的措施,如將蒸汽從鍋爐上方引入的分體式鍋爐、在換熱管束間加裝斜向折流板等措施；針對管束效應問題提出在管束下方加裝導液器的措施等。本課題對于真空鍋爐的研究具有一定的參考價值,對熱能設備的研制開發(fā)提供了一個方向。
【關鍵詞】：真空鍋爐 管束效應 蒸汽冷凝 換熱強化
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TK221
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 1 緒論13-24
• 1.1 真空鍋爐發(fā)展背景13-15
• 1.1.1 我國能源結(jié)構的調(diào)整13
• 1.1.2 我國鍋爐行業(yè)的發(fā)展13-14
• 1.1.3 真空鍋爐的發(fā)展14-15
• 1.2 真空鍋爐工作原理與特性15-17
• 1.2.1 真空鍋爐工作原理15-16
• 1.2.2 真空鍋爐特性16-17
• 1.3 真空鍋爐國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀17-20
• 1.3.1 對真空度的研究17-18
• 1.3.2 對管束效應的研究18-19
• 1.3.3 對冷凝液凝結(jié)形式的研究19-20
• 1.3.4 對蒸發(fā)-冷凝過程的研究20
• 1.4 真空鍋爐的典型問題20-22
• 1.4.1 真空度不易維持20-21
• 1.4.2 冷凝換熱管束效應21
• 1.4.3 蒸發(fā)-冷凝共存問題21-22
• 1.5 課題研究內(nèi)容與創(chuàng)新點22-24
• 1.5.1 課題主要研究內(nèi)容22-23
• 1.5.2 課題主要創(chuàng)新點23-24
• 2 真空鍋爐相變換熱理論分析24-35
• 2.1 管束冷凝換熱機理24-25
• 2.2 管束冷凝換熱影響因素25-26
• 2.2.1 不凝性氣體的影響25
• 2.2.2 管束效應的影響25-26
• 2.2.3 蒸汽流速的影響26
• 2.3 管束冷凝換熱計算26-31
• 2.3.1 管外冷凝換熱計算26-30
• 2.3.1.1 單管管外冷凝換熱計算26-28
• 2.3.1.2 管束管外冷凝換熱計算28-30
• 2.3.2 管壁導熱換熱計算30
• 2.3.3 管內(nèi)水對流換熱計算30-31
• 2.4 管束冷凝換熱數(shù)值模擬計算31-34
• 2.4.1 模型假設31-32
• 2.4.2 控制方程32-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 真空鍋爐管束換熱試驗研究35-47
• 3.1 試驗系統(tǒng)布置35-40
• 3.1.1 試驗系統(tǒng)組成35-37
• 3.1.2 試驗段設計37-39
• 3.1.3 試驗工況39-40
• 3.2 實驗結(jié)果與分析40-46
• 3.2.1 實驗分析方法40-41
• 3.2.2 實驗結(jié)果分析41-46
• 3.2.2.1 各管排傳熱系數(shù)41-44
• 3.2.2.2 流速與傳熱系數(shù)44-45
• 3.2.2.3 熱通量與傳熱系數(shù)45-46
• 3.3 本章小結(jié)46-47
• 4 真空鍋爐管束換熱數(shù)值模擬47-61
• 4.1 模型建立48-53
• 4.1.1 問題描述48-50
• 4.1.2 模型簡化50-51
• 4.1.3 模型假設51-52
• 4.1.4 網(wǎng)格劃分52-53
• 4.2 模型計算53-58
• 4.2.1 模型選擇53
• 4.2.2 控制方程53-56
• 4.2.3 邊界條件與初始條件設定56-58
• 4.3 模型結(jié)果分析58-60
• 4.3.1 殘差曲線58
• 4.3.2 速度流場分布58-59
• 4.3.3 溫度流場分布59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 5 真空鍋爐換熱強化61-72
• 5.1 引言61
• 5.2 換熱強化分析61-63
• 5.3 換熱強化措施63-71
• 5.3.1 加裝翅片63-65
• 5.3.2 加裝導液槽65-67
• 5.3.3 改變蒸汽流向67-69
• 5.3.4 改變管壁表面特性69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 6 結(jié)論與展望72-74
• 6.1 結(jié)論72-73
• 6.2 展望73-74
• 參考文獻74-78
• 作者簡歷78
• 攻讀碩士期間的科研經(jīng)歷78
• 攻讀碩士期間所取得的成果78

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