毕设结题答辩-浙江大学

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能源工程学系毕业设计结题答辩
塑料换热器性能计算与分析
图5.7换热器传热系数及压降随并联管管数变化的规律
能源工程学系毕业设计结题答辩
塑料换热器性能计算与分析
图5.8不同管径壁厚换热器传热系数及压降的变化规律 图5.9不同管径壁厚换热器管材总价的变化规律
能源工程学系毕业设计结题答辩
概要 1、研究背景及意义 2、研究进展及存在问题 3、本文的主要内容 4、塑料换热器结构设计 5、塑料换热器性能计算与分析 6、结论
日本淀川化成公司生产的YST-800系列的PFA列管; 法国Ecopol公司开发的塑料套管气-气换热器; Powell Duffryn公司的节流器气液换热器,水侧温度 限制达65℃,压力可超过0.15MPa,利用纤维增强的 聚砜环氧树脂制造。
能源工程学系毕业设计结题答辩
研究进展(3)
我国自七十年代开始研究塑料换热器,近几年才逐步 开始推广应用。1982年株洲塑料厂和株洲化工厂共 同试制成功40平方米FS-46聚全氟乙丙烯换热器。
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塑料换热器性能计算与分析
Matlab计算程序
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塑料换热器性能计算与分析
图5.1 换热器传热系数及压降随管内流速变化的规律
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塑料换热器性能计算与分析
图5.2 换热器传热系数及压降随管外污水流速变化的规律
能源工程学系毕业设计结题答辩
Q——通过盘管换热器被加热乙二醇溶液的换热量,W;
——盘管中乙二醇溶液的质量流量,kg/s;
c——管内溶液比热,KJ/(K•kg);
——流出盘管的乙二醇溶液的温度,K;
——流入盘管的乙二醇溶液的温度,K。

2)单根盘管内乙二醇溶液的体积流量可按下式计算:
Vs=Gs/n/ ρ
式中:
——单盘管内乙二醇溶液的体积流量,/s; ρ——乙二醇溶液的密度,kg/;
n——并联盘管管数。
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塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算;
2.换热面积的计算
式中:
Q = KFΔtm
K——换热器传热系数,KW/(m2•K);
F——换热器换热面积,m2;
Δtm——对数平均温度,K.
所以,
K = Gw c(tw1- tw2)/FΔtm。
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能源工程学系毕业设计结题答辩
致谢
感谢汤珂老师! 感谢所有在生活和学习中帮助过我的人!
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未来工作展望
针对本课题未来工作的展望如下: (1)将设计完成的高密度聚乙烯换热器加工成实物,进 行试验。验证塑料换热器在实际工况下,其传热系数是 否与理论分析存在偏差。 (2)验证换热器各参数对换热器传热系数的影响规律。 (3)根据实验结果,针对管径、管壁厚等设计参数提出 进一步设计优化方案。
设计选择管束并联管数量为19,管中心间距15mm,管 束外径66mm。管束排列方式如图2.4。
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塑料换热器结构设计
6.塑料换热器结构形式计算。
图4.5 单组换热器结构
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塑料换热器结构设计
6.塑料换热器结构形式计算。
图4.6 单组换热器平面图
能源工程学系毕业设计结题答辩
世界各国都在积极开发可再生新能源,如太阳能、 风能、海洋能(包括潮汐能和波浪能)。或者发掘 新的化石能源,如海底可燃冰(水合天然气)。同时寻 找石油的替代品,当下已被利用的有氢气、甲醇等 (作为汽油、柴油的替代品)。
其中,利用低品位清洁能源(空气、土壤、太阳能、 污水、工业废热等)来代替高品位能源(煤、石油、电 能)以缓解传统能源的消耗速度已成为能源发展过度 的关键。热泵系统便是一种有效利用低品位能源的 方法。
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研究进展(3)
图2.2 历年我国塑料换热器专利申请情况
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存在问题
污水水质复杂; 低热导率;
塑料材料导热系数只有常用金属材料的的 10-2-10-4级 换热器结构形式设计; 塑料换热器的制造工艺及造价;
工装简单,操作容易和工艺流程短等优点,但劳动生 产率低,工艺操作难以机械化、管板材料消耗多,设计方 案优化不够。
(3)管壁热阻的计算
(4)单根换热管管长计算
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塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算; 4.压降计算 沿程损失 局部损失
总能量损失
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塑料换热器结构设计
6.塑料换热器结构形式计算。
图4.3 管子在管板上的排列
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塑料换热器结构设计
戴传山、李彪、王秋香等人在2011年的研究数据中 显示,从200年到2011年期间,国际上关于塑料换热 器的专利申请就近7000项,中国申请数量不到200项, 不足3%。各大国塑料换热器专利申请情况见图表2。
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研究进展(3)
图2.1 2005年至2011年各国塑料换热器专利申请比例
塑料换热器结构设计
6.塑料换热器结构形式计算。
图4.7 管板上管束排列
图4.8 管束在管板上的具体排列方式
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塑料换热器结构设计
6.塑料换热器结构形式计算。
图4.9 多组换热器并联组装结构
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概要 1、研究背景及意义 2、研究进展及存在问题 3、本文的主要内容 4、塑料换热器结构设计 5、塑料换热器性能计算与分析 6、结论
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研究背景及意义
污水源热泵是为以污水为低温热源的热泵装置。 a 污水排放量大,来源广——目前我国污水排放量已 达到560-600亿立方米每年。 b 污水冬暖夏凉,水温适宜。 c 受气温影响较小,是水源热泵低温热源的极佳选择。
污水水质复杂,易堵塞、易结垢、强酸性。 金属材料换热器,易与酸反应,溶解质、胶体易粘 附堵塞,化学反应易结垢,成本高。
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概要 1、研究背景及意义 2、研究进展及存在问题 3、本文的主要内容 4、塑料换热器结构设计 5、塑料换热器性能计算与分析 6、结论
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塑料换热器结构设计
1.热泵系统形式选择; 2.换热器材质选择; 3.换热器布置方式选择; 4.换热器基本设计参数确定; 5.换热盘管的设计计算; 6.塑料换热器结构形式计算。
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结论
综上所述,本文塑料换热器设计采用φ 6x0.5的换热 管,管束排列采取等边三角形叉排排列,管间距 0.015m。管外污水流速选用常见江河水流速0.5m/s。 满足冬季换热量Q=200000W、压降=10m,并联管管 数334。最终所设计塑料换热器传热系数为 462W(m2.K),压降为9.98m,管材成本为745.5元。 夏季换热量Q=240000W、压降=10m,并联管管数 370。最终所设计塑料换热器传热系数为488 W(m2.K) ,压降为9.93m,管材成本为847.6元。 按照夏季工况设计。
塑料换热器性能计算与分析
图5.3 换热器传热系数及压降随管径变化的规律 图5.4 换热器管材总价随管径变化的规律
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塑料换热器性能计算与分析
图5.5 换热器传热系数及压降随换热管壁厚变化的规律 图5.6 换热器管材总价随管壁厚变化的规律
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塑料换热器性能计算与分析
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塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算;
(2)管外强制对流热阻计算 由于本文采用沉浸式蛇形管换热器,管外换热采用最为常见的外掠 管束换热,即管外为强制对流换热。本文采用叉排排列。因此按如 下公式进行计算
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塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算;
由公式(2.12)知,涉及管间距的计算过程主要为管外强 制对流努赛尔数的计算。由于我们选取等边三角形叉排法,所 以管间距比值恒定。从而努赛尔数不因叉排管间距变化而改变。
但管间距的变化,将会导致管外污水流速和流动状态发生 变化,影响换热器换热效果。管间距对换热器换热特性的影响 归根结底还是污水流速对其的影响。可以根据实验研究,本文 不做讨论。
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塑料换热器结构设计
1.热泵系统形式选择
(a)
(b)
图4.1 污水源热泵系统形式
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塑料换热器结构设计
2.换热器材质选择;
表4.2 各种塑料管材的性能比较
项目 密度(kg/m3) 导热系数(w/m•k) 热膨胀系数(mm/m•k) 工作温度范围(℃) 壁厚(达到同能要求)
6.塑料换热器结构形式计算。
指标
管外径 mm 导热系数 W/(m•K) 工作温度 ℃
表4.4 HDPE管材规格
规格
指标
6.0
壁厚 mm
0.44
密度kg/m3
-40~60 价格 元/kg
规格 0.5 940 20
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塑料换热器结构设计
6.塑料换热器结构形式计算。
图4.4 管束排列方式
240
冷流体 进口 温度 ℃
3
27
冷流体 出口 温度 ℃
8
32
工况 热流体
进口 温度

13
37
热流体 出口 温度 ℃
8
32
工质
体积浓度 10%的乙 二醇溶液
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塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算;
1.盘管内热流量的计算
(1)由盘管式塑料换热器传热系数计算公式:
式中:
Q=Gsc (tw1-tw2)
塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算;
3.蛇形盘管换热器传热系数K的计算 盘管的以外侧面积为基准的传热系数K可按如下过 程计算
K=1/(R1+R2+R3+R4) 式中: R1——管内对流换热热阻,(m2•K)/W; R2——管外强制对流换热热阻,(m2•K)/W; R3——管壁热阻,(m2•K)/W; R4——江河水污垢热阻,取5.28(m2•K)/W。
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概要 1、研究背景及意义 2、研究进展及存在问题 3、本文的主要内容 4、塑料换热器结构设计 5、塑料换热器性能计算与分析 6、结论
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本文的主要内容
1.研究目前塑料换热器研究情况及存在问题; 2.分析各参数,包括污水流速、换热器管径、壁厚等,对塑 料换热器换热效果的影响; 3.根据给定工况,设计塑料换热器的结构,对换热器进行传 热计算; 4.基于各参数对塑料换热器传热性能的影响,进一步优化设 计方案。
应用于污水换热的塑料换热器 传热性能分析
答辩人:指导教师: 汤珂 副教授
2013-06-8
能源工程学系毕业设计结题答辩
概要 1、研究背景及意义 2、研究进展及存在问题 3、本文的主要内容 4、塑料换热器结构设计 5、塑料换热器性能计算与分析 6、结论
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研究背景及意义
传统能源消耗过快,能源利用率低。
HDPE管 0.94 0.44 0.14
-40~60 较薄
----
0.4
塑料换热器结构设计
3.换热器布置方式选择;
图4.2 蛇形盘管
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塑料换热器结构设计
4.换热器基本设计参数确定;
表4.3 换热器设计工况参数
污水温度 换热量 季节

kW
冬季 8-13
200
夏季 27-32
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wk.baidu.com 塑料换热器结构设计
5.换热盘管的设计计算;
(1)管内热阻计算 根据计算,在蛇形盘管内流动的乙二醇溶液处于稳流状态, 对于管道内的强制对流传热,计算对流放热系数我们采用普 遍关联式Dittus–Boelter公式。加热流体时,n = 0.4;冷却流体 时,n = 0.3。
PE-X管 0.95 0.40 0.15
-40~95 较薄
PE-RT管 1.30 0.45 0.026
-40~90 较薄
PP-R管 0.909 0.24 0.18 -15~80 较厚
液压试验环应力(MPa)
3.5
4.4
7.3
(95℃,1000h)
价格(相对值)
1.0
1.5
1.2
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研究背景及意义
塑料换热器!
能源工程学系毕业设计结题答辩
概要 1、研究背景及意义 2、研究进展及存在问题 3、本文的主要内容 4、塑料换热器结构设计 5、塑料换热器性能计算与分析 6、结论
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研究进展(1)
1965年5月,美国杜邦公司首次在工业生产中使用聚 四氟乙烯塑料换热器。
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