【摘 要】
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工业余热回收利用是贯彻节能减排政策的有效手段之一,而换热器是余热回收系统中的常用设备,其中氟塑料换热器因其优异的耐腐蚀、抗结垢性能等逐渐得到广泛应用,尤其对电力、化工、制冷等领域的气态余热的深度回收有着重要应用价值。本课题结合合作企业的研发需求,以热电厂烟气余热回收领域中的翅片管氟塑料换热器的研究开发为主线,对氟塑料换热器的热阻分析,翅片管氟塑料换热器流动传热数值模拟及结构优化、热工设计计算、应用
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工业余热回收利用是贯彻节能减排政策的有效手段之一,而换热器是余热回收系统中的常用设备,其中氟塑料换热器因其优异的耐腐蚀、抗结垢性能等逐渐得到广泛应用,尤其对电力、化工、制冷等领域的气态余热的深度回收有着重要应用价值。本课题结合合作企业的研发需求,以热电厂烟气余热回收领域中的翅片管氟塑料换热器的研究开发为主线,对氟塑料换热器的热阻分析,翅片管氟塑料换热器流动传热数值模拟及结构优化、热工设计计算、应用分析和流动换热性能测试试验台设计等方面开展相应的研究工作,取得了一些有意义的研究成果:(1)氟塑料换热器的热阻定量计算分析表明,氟塑料换热器主要热阻为管外侧对流换热热阻及管壁热阻,计算工况下其在总热阻中的平均占比分别达50%和30%以上,可采用翅片和石墨烯氟塑料的复合材料来强化管外侧对流换热及减小管壁导热热阻,为降低氟塑料管与氟塑料翅片间的接触热阻,提出一种氟塑料管与氟塑料翅片间紧密接触的衔接方法,为翅片管氟塑料换热器的研究开发奠定基础;(2)本文模拟条件下,翅片管氟塑料换热器的空气进口速度优化范围为6~8 m/s;翅片厚度对Nu数和压降(?)p的影响可以忽略,翅片间距对其影响更明显,相同进口风速下,随着翅片间距的增大,Nu数增大而(?)p减小;管纵向间距增大,Nu数增大,(?)p减小;而Nu数随管横向间距增大而减小,(?)p随管横向间距增大而基本不变,和管横向间距相比,管纵向间距对Nu数和(?)p的影响更大。通过流动换热综合性能分析,模拟工况范围内,翅片间距为9 mm、翅片厚度为1.2 mm、管横向间距为10 mm、管纵向间距为20 mm时,翅片管氟塑料换热器的流动换热综合性能最好;(3)针对合作企业换热器的设计工况,选择对数平均温差法对翅片管氟塑料换热器进行了热工设计计算,通过Excel编制了翅片管氟塑料换热器的热工设计计算程序,获得了能够满足设计工况要求的换热器结构尺寸;(4)翅片管氟塑料换热器在余热回收系统中应用时,应关注氟塑料翅片的热膨胀问题,本文设计的翅片管氟塑料换热器,按每年运行8000小时,能够节省煤1760吨,节省燃料费用88万元,投资回收期约为5年;此外,翅片管氟塑料换热器的余热回收系统每年能够减少SO2气体的排放量为15.84吨,减少CO2的排放量为2425.16吨,具有优越的经济性及环境效益;(5)根据测试工况要求,设计了翅片管氟塑料换热器性能测试平台,确定了实际测试的实验方案、数据采集、实验步骤及实验数据处理方法,为后面翅片管氟塑料换热器的试验测试、开发流动换热关联式和验证已有典型流动传热预测关联式奠定基础。
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