Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Пути совершенствования пластинчатых перекрестноточных рекуперативных теплообменников

Диссертация: Пути совершенствования пластинчатых перекрестноточных рекуперативных теплообменников
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

С использованием предлагаемой методики выполнены теоретические исследования перекрестноточных утилизаторов теплоты и предложены пути совершенствования конструкции существующих моделей рекуператоров. В результате расчетов получены данные об эффективности и аэродинамическом сопротивлении рекуператоров в виде функциональных зависимостей от габаритов теплообменного пакета, расходов, температур… Читать ещё >

Содержание

  • Обозначения
  • ГЛАВА 1. Обзор литературы
    • 1. 1. Обзор конструкций утилизаторов теплоты
    • 1. 2. Существующие методики расчета теплообменных аппаратов
    • 1. 3. Оптимизация теплообменных аппаратов
    • 1. 4. Коэффициенты тепло- и массообмена при течении в каналах
    • 1. 5. Расчет параметров влажного воздуха
    • 1. 6. Выводы: цели и задачи исследования
  • ГЛАВА 2. Математическая модель перекрестноточного рекуператора
    • 2. 1. Вывод основных соотношений
    • 2. 2. Расчет энтальпии влажного воздуха
      • 2. 2. 1. Энтальпия влажного воздуха при охлаждении до температур выше 0 °С
      • 2. 2. 2. Энтальпия влажного воздуха при охлаждении до температур ниже 0 °С
      • 2. 2. 3. Расчет изменения энтальпии влажного воздуха при конденсации водяного пара
    • 2. 3. Расчет коэффициентов тепло- и массообмена
      • 2. 3. 1. Определение коэффициентов тепломассообмена при капельной конденсации на стенках канала
      • 2. 3. 2. Определение коэффициентов тепломассообмена при образовании тумана
    • 2. 4. Расчет тепломассообмена, протекающего в перекрестноточном рекуператоре
      • 2. 4. 1. Конечноразностные аппроксимации уравнений тепломассопереноса при конденсации пара на стенках канала
      • 2. 4. 2. Конечноразностные аппроксимации уравнений тепломассопереноса при туманообразовании
      • 2. 4. 3. Результаты расчета тепломассопереноса в условиях перекрестноточного движения теплоносителей. ф 2.5 Расчет потерь давления в перекрестноточном рекуператоре
    • 2. 6. Расчет эффективности перекрестноточного рекуператора
      • 2. 6. 1. Эффективность работы перекрестноточных утилизаторов теплоты в климатических условиях Северо-западного региона РФ
  • ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования перекрестноточного рекуператора
    • 3. 1. Экспериментальное исследование характеристик перекрестноточного пластинчатого рекуператора
      • 3. 1. 1. Особенности стенда для экспериментальных исследований теплообмена в перекрестноточном рекуператоре
      • 3. 1. 2. Расчет погрешностей измерений
      • 3. 1. 3. Сопоставление результатов расчета и опытных данных
    • 3. 2. Экспериментальное исследование характеристик перекрестноточного рекуператора в составе приточно-вытяжной установки
  • ГЛАВА 4. Рекомендации по совершенствованию перекрестноточных пластинчатых рекуператоров
    • 4. 1. Оптимизация геометрии перекрестноточных рекуператоров. ф 4.1.1 Оптимизация высоты пластины теплообменного пакета
      • 4. 1. 2. Оптимизация высоты пакета и ширины пластин пакета

Пути совершенствования пластинчатых перекрестноточных рекуперативных теплообменников (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Перекрестноточные пластинчатые теплообменники рекуперативного типа находят широкое применение в химической и энергетической промышленности, а также в системах жизнеобеспечения. Данные теплообменники служат для охлаждения и нагрева газов, конденсации и утилизации теплоты высокопотенциальных теплоносителей.

В настоящее время, возрастающее потребление энергии и рост цен на энергоносители требует проведения масштабной энергосберегающей политики при создании современных инженерных сооружений — жилых, коммерческих и промышленных объектов в равной степени. Сбережение энергии является не только общегосударственной задачей, но и экономической проблемой каждого пользователя энергоресурсов. Основное решение состоит в использовании энергосберегающих технологий.

Капитальные затраты на устройство систем отопления вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) достигают 20% общей стоимости зданий, а эксплуатационные — 30−50% общей стоимости эксплуатации. При проектировании систем жизнеобеспечения для экономии энергии целесообразно использовать вторичные энергетические ресурсы, такие, к примеру, как теплота удаляемого из помещения воздуха. Существует два основных способа утилизации потенциала вентиляционных выбросов: рециркуляция удаляемого воздуха и теплоутилизация с использованием теплообменных аппаратов. Поскольку применение рециркуляции в большинстве случаев ограничено санитарными нормами и не может быть использовано, если в удаляемом воздухе содержатся вредные примеси, наибольшее распространение получили воздухо-воздушные теплообменники различных конструктивных исполнений.

Применение воздухо-воздушных теплообменников позволяет снизить расход теплоты в системах вентиляции на 40−60% при сравнительно невысоких капитальных вложениях. В связи с этим, при совершенствовании систем теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха значительное внимание необходимо уделить расчету, оптимизации и повышению эффективности теплообменных устройств.

Потребность в качественных системах кондиционирования и вентиляции определяет необходимость детального рассмотрения процессов, протекающих в утилизаторах теплоты. Нужно отметить, что до недавнего времени большинство отечественных исследований в области теплообмена касались в основном процессов, имеющих место в установках, применяемых в промышленности. Особенностями подобных теплообменников является работа в условиях значительной разности температур, давлений и часто при высокой агрессивности сред. На настоящем этапе следует провести исследование теплообмена, протекающего в аппаратах систем вентиляции и кондиционирования, основательно разобрать механизм данных процессов — это послужит базой для совершенствования существующих и создания новых конструкций теплообменников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. В работе проведено комплексное теоретическое и экспериментальное исследование перекрестноточных пластинчатых рекуператоров в системах вентиляции и кондиционирования воздуха.

2. Показано, что существующие методики расчета перекрестноточных теплообменников основываются на неточных представлениях о характере теплои массообменных процессов, являются трудоемкими и не поддаются автоматизации.

3. Разработаны математическая модель тепломассообмена при перекрестном токе, алгоритмы расчета и компьютерная программа.

4. Предложена методика расчета состояния влажного воздуха при охлаждении, сопровождающемся конденсацией водяного пара.

5. Исследован тепломассоперенос при вынужденном ламинарном течении влажного воздуха в плоском канале с применением численных методов. Получены данные о распределении локальных чисел Нуссельта и Шервуда по длине канала при капельной и объемной гетерогенной конденсации пара. Предложены критериальные зависимости для расчета локальных значений чисел переноса теплоты и массы.

6. Показано, что эффективность пластинчатых перекрестноточных рекуператоров является сложной функцией от геометрии теплообменного пакета, расходов, температур и влажностей приточного и удаляемого воздуха.

7. Проведены экспериментальные исследования теплообмена в перекрестноточном рекуператоре при различных значениях температур и расходов теплоносителей. Сопоставление расчетных и опытных данных выявило хорошее согласование теории и эксперимента, расхождение не превышает 8%.

8. Проведены экспериментальные исследования перекрестноточных рекуператоров в составе приточно-вытяжных установок. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов показало удовлетворительное совпадение, расхождение не превышает 12%.

9. С использованием предлагаемой методики выполнены теоретические исследования перекрестноточных утилизаторов теплоты и предложены пути совершенствования конструкции существующих моделей рекуператоров. В результате расчетов получены данные об эффективности и аэродинамическом сопротивлении рекуператоров в виде функциональных зависимостей от габаритов теплообменного пакета, расходов, температур и влажностей потоков удаляемого и приточного воздуха. Комбинирование частных критериев качества в глобальную функцию показало, что оптимальным расстоянием между пластинами теплообменного пакета является Щ=4 мм, оптимальным сочетанием высоты пакета и шириныпластины является F/B -1,6.

10. Получены номограммы, позволяющие проводить расчеты эффективности и сопротивления рекуператоров различных габаритов;

11. Предлагаемая методика расчета при незначительных изменениях может быть использована для расчета рекуперативных утилизаторов теплоты при противоточном, прямоточном и смешанном (противоточно-перекрестноточном, прямоточно-перекрестноточном) движении воздуха, как для сухого режима, так и при конденсации водяного пара, а также при расчетах аппаратов испарительного охлаждения.

12. Результаты выполненной работы были использованы при проектировании перекрестноточных рекуператоров в компании ООО «БТК-Компоненты», г. Санкт-Петербург.

Показать весь текст

Список литературы

  1. А.А. Теплообмен в каналах прямоугольного поперечного сечення.//Автореферат диссертации на соискание уч. степ. канд. наук-Харьков, 1986 — 16 с.
  2. А.Г. Теоретические основы образования тумана при конденсации пара. М.: Химия, 1966. — 296 с.
  3. С.М. Утилизация теплоты вытяжного воздуха в перекрестно-точном рекуператоре// Инженерные системы. 2003, Т. 8, № 4 — с. 30−36.
  4. Н.М., Аронов Е. В. Расчет установок и теплообменников для утилизации вторичных энергетических ресурсов Красноярск, 1992 — 360 с.
  5. Н.В., Пронин В. А. Энергоэффективные теплообменники в системах вентиляции// Теплоэнергоэффективные технологии. Информационный бюллетень № 3 (32).- 2003. с.41−43.
  6. Н.В., Пронин В. А. Математическое моделирование процессов теплообмена в перекрестноточном пластинчатом рекуператоре.//Вестник МАХ. 2003 г.-№ 4 — с. 6−9.
  7. Л.Д. К определению коэффициента массоотдачи при расчете конденсации пара, содержащего примесь воздухаУ/Теплоэнергетика, 1969, № 10- с. 68−71.
  8. Л.Д., Фукс С. Н. Массообмен в конденсаторах с горизонтальными трубами при содержании в паре воздуха//Теплоэнергетика, 1958, № 8, — с. 66−74.
  9. Л.Д., Фукс С. Н. Расчет поверхностных теплообменных аппаратов для конденсации пара из паровоздушной смеси//Теплоэнергетика, 1959, № 7.-с. 74−83.
  10. Ю.Бобе Л. С., Солоухин В. А. Тепло- и массообмен при конденсации пара из парогазовой смеси при турбулентном течении внутри трубы//Теплоэнергетика, 1972, № 9, С. 27−30.
  11. В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления^ вентиляции и кондиционирования воздуха— М.: Стройиздат, 1983.-319 с.
  12. В.М. Эксергетический метод термодинамического анализа. -М.: Энергия, 1973. 296 с.
  13. С.И., Цветков Ю. Н. Влажный воздух. Состав и свойства — СПб.: СПбГАХПТ, 1998.- 146 с.
  14. Бэр Г. Д. Техническая термодинамика: Пер. с нем. М.: Мир, 1 977 518 с.
  15. Э.П., Терехов В. И., Терехов В. В., Шаров К. А. Тепломассообмен в пограничном слое при вынужденном течении влажного воздуха с конденсацией пара на поверхности//Теплофизика и аэромеханика -2000, Т.7, № 2, С. 257−266.
  16. Д., Козич Д. Влажный воздух: термодинамические свойства и применение: Пер. с сербохорватского.— М.: Энергоатомиздат, 1984.— 136 с.
  17. М.П., Новиков И. И. Термодинамика. Учебное пособие для вузов М: Машиностроение, 1972. — 672 с.
  18. М.П., Новиков И.И: Техническая термодинамика. M.-JI.: Гос. энергетическое изд-во, 1955. — 336 с.
  19. А.А. Об оптимизации работы установок кондиционирования воздуха//Холодильиая техника, 1982, № 6. с. 9−12.
  20. И.И. Экспериментальные исследования тепломассопереноса при конденсации движущейся парогазовой смеси (обзор)//Теплофизика и аэромеханика, 1996, Т. З, № 3, с. 201−213.
  21. В.В., Чернышев Н. Д. Математическая модель рекуперативного теплообменника в двумерной постановке//ИФЖ, 2003, т.76, № 6, с. 161−167.
  22. X., Лейн В. Аэрозоли пыли, дымы и туманы. 2-е изд.: Пёр. с англ. -Л.: Химия, 1972 — 428 с.
  23. А.А. Конвективный перенос в теплообменниках. — М.: Наука, 1982.-472 с.
  24. О.П. Выбор оборудования для утилизации тепла и холода в системах кондиционирования воздуха/УХолодильная техника, 1982, № 6. с. 12−15-
  25. О.П., Рымкевич А. А. Единый подход к оценке различных схем систем кондиционирования воздуха/УХолодильная техника, 1981, № 5. с. 4043:.
  26. В.П., Осипова В. А., Суком ел А.С. Теплопередача: Учебник для вузов. — М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.
  27. В.П. Теплообмен при конденсации. М.: Энергия, 1977.240 с.
  28. Е.Е. Энергосбережение в системах кондиционирования воздуха,— М.: Стройиздат, 1986. -267 с.
  29. С.С. Основы теории теплообмена— Новосибирск.: наука, 1970.- 659 с.3Т.Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие.— М.: Энергоатомиздат, 1990 367 с.
  30. В.М. Конвективный тепло- и массообмен: Пер. с англ.- М.: Энергия, 1972.-448 с.
  31. В.М., Лондон А. Л. Компактные теплообменники. М.: Энергия, 1967.-223 с.
  32. Л.Г. Механика жидкости и газа. — М.: Наука, 1978. — 736 с.
  33. А.В., Михайлов Ю. А. Теория тепло- и массопереноса — М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963 536 с.
  34. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране.- М.: Мир, 1977 584 с. 3 7. Минин В. Е. Поверхностные воздухонагреватели систем вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления-СПб.: СПбГУНиПТ, 2001.- 128 с.
  35. М.А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия- 1977.-344 с.
  36. .Дж. Физика облаков. JL: Гидрометеоиздат, 1961. — 544 с.
  37. Г. Н. Тепломассоперенос в условиях образования инея. М.: Машиностроение, 1983 — 190 с.
  38. ША., Щербаков JI.A. Тепло- и массообмен при капельной конденсации водяного пара из потока разреженного воздуха в узких каналах прямоугольной формы//ИФЖ.- 1972, Т.23, № 4, С. 737−742.
  39. Новицкий Г1. В., Зограф И. А. Оценка погрешностей результатов измерений. JL: Энергоатомиздат, 1991. — 304 с.
  40. Пас конов В.М., Полежаев В. И., Чудов JI.A. Численное моделирование процессов тепло- и массобмена. — М.: Наука, 1984. — 288 с.
  41. С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости.—М.: Энергоатомиздат, 1984. — 150 с.
  42. .С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. М.: Энергия- 1967. — 412 с.
  43. В.И. Теплотехнические измерения и приборы М.: Энергия, 1978, — 704 с.
  44. Ю.Н. Тепло- и массоотдача влажного воздуха//Теплоэнергетика- 1961, № 6, С. 11−15.
  45. Т. Оптимизация в технике. М.: Мир. В 2 Т.
  46. P.P. Краткий курс физики облаков/ Пер. с англ.- JL: Гидрометеоиздат, 1981 232 с.
  47. А.А. Математическая модель системы кондиционирования воздуха//Холодильная техника, 1981, № 1. с. 28−32.
  48. Т., Брэдшоу Г1. Конвективный теплообмен. Физические основы и вычислительные методы. М.: Мир, 1987. — 592 с.
  49. В.М. Теплоотдача влажного воздуха при конденсации пара//Теплоэнергетика.~ 1956, № 4, с. 11−15.
  50. Н.А. Динамика вязкой несжимаемой жидкости. М.: Гос. изд-во технико-теоретической лит-ры, 1955. — 519 с.
  51. .М., Новиков П. А., Щербаков JI.A. Тепло- и массообмен при конденсации водяного пара из влажного воздуха в узких каналах//ИФЖ-1971, Т.21, № 1, с. 71−74.
  52. А.П. расчетные модели теплообмена при контактной конденсации//Теплоэнергетика, 1990 .- № 10.
  53. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем-СПб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002: -1154 с.
  54. Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общая часть. Л.: ВВИТКУ, 1970. — 544 с.
  55. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок. Учебное пособие для вузов по спец. «Турбиностроение"/Н.Д. Грязнов, В. М, Епифанов, B.JI. Иванов, Э. А. Манушин М.: Машиностроение, 1985. — 360 с.
  56. В.И., Терехов В. В., Шаров К. А. Тепло- и массообмен при конденсации водяного пара из влажного воздуха//ИФЖ- 1998, Т.71, № 5, С. 788−794.
  57. X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник: Пер. с англ.—М.: Атомиздат, 1979. — 212 с.
  58. К. Вьшислительные методы в динамике жидкостей: В 2-х т.: Т.2. Методы расчета различных течений. М.: Мир, 1991. — 552 с.
  59. Н.А. Испарение и рост капель в газообразной среде. М.: Изд-во АН СССР, 1958.-92 с.
  60. X. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе: Пер. с нем. -М.: Энергоиздат, 1981 383 с.
  61. Я., Петела Р. Эксергия: Пер. с польск- М.: Энергия, 1968.280 с.
  62. Г. Теория пограничного слоя: Пер. с нем. М.: Наука, 1969.- 742 с.бб.Эккерт Э. Р., Дрейк P.M. Теория тепло- и массообмена: Пер. с англ-M.-JL: Госэнергоиздат, 1961.-680 с.
  63. .Н. Теплопередача — М.: Высшая школа, 1981.-319 с.
  64. .Н. Техническая термодинамика. Теплопередача М.: Высшая школа, 1988.- 478 с.
  65. Bedeaux D., Kjelstrup S. Irreversible thermodynamics a tool to desribe phase transitions far from global equilibrium//Chem. Eng. Sci., 2004, vol. 59, № 1, pp. 109−118.
  66. Bigg E.K. The supercooling of water.//Proc. Phys. Soc. B, 1953, № 66, p.688.
  67. Bolton D. The computation of equivalent potential temperature// Monthly Weather Review, 1980, vol. 108, pp. 1046−1053,
  68. Brouwers H.J.H. Film condensation on non-isothermal vertical plates//International journal of heat and mass transfer, 1989, Vol.32, № 4, pp. 655 663.
  69. Buck A. L. New equations for computing vapor pressure and enhancement factor// J. Appl. Meteorology, 1981, vol. 20, pp. 1527−1532.
  70. Fukuta N., Gramada C.M. Vapor pressure measurement of supercooled water, J. Atmos. Sci., 2003, vol. 60, pp. 1871−1875.
  71. Goff J. A. Saturation pressure of water on the new Kelvin temperature scale// Transactions of the American society of heating and ventilating engineers, Murray Bay, Que. Canada, 1957, pp 347−354.
  72. GoffJ. A., Gratch S. Low-pressure properties of water from -160 to 212 F // Transactions of the American society of heating and ventilating engineers, New York, 1946, pp 95−122.
  73. Grassman P. Die Exergie und das Flussbild der technish nutzbaren Leistung// Allg. Warmetechn, 9, 1959, № 4/5, s. 79−86.
  74. Hyland R. W., Wexler A. Formulations for the Thermodynamic Properties of the saturated Phases of H20 from 173.15K to 473.15K//ASHRAE Trans, 1983, vol. 89(2A), pp. 500−519.
  75. Landsberg H. Atmospheric condesation nuclei-// Ergebn. Kosm. Phys. 1938, № 3, p.207.
  76. Lienhard J.H. IV, Lienhard J.H. V. A heat transfer textbook. — Cambridge, MA, 2001.- 703 p.
  77. Liley P.E. Flow exergy of moist air//International journal of exergy, 2002, № 2, pp. 55−57.
  78. Male van P., Croon de M.H.J.M., Tiggelaar R.M., Berg van den A., Schouten J.C. Heat and mass transfer in a square microchannel with asymmetric heating//International journal of heat and mass transfer, 2004, vol. 47, pp. 87−99.
  79. Marti J., Mauersberger K. A survey and new measurements of ice vapor pressure at temperatures between 170 and 250 К// Geophysical research letters, 1993, vol. 20, pp. 363−366.
  80. Mathias J.A., Cao. J., Ewing M.E., Christensen R.N. Experimental characterization of compact heat exchangers with short flow length at simulated elevated altitudes// J. of Fluids Engineering. ASME trans., 2003, vol. 125, № 1, pp. 171−176.
  81. Murray F. W. On the computation of saturation vapor pressure, J. Appl. Meteorol., 1967, vol. 6, pp. 203−204.
  82. Nul3elt W. Das Grundgesetz des Warmeuberganges. — Gesundh. Ing., 1915, Bd. 38, S. 477−482.
  83. Nul3elt W. Der Warmeubergang, Diffusion und Verdunstung. Z. ang. Math. Mech., 1930, Bd. 10, S. 105−121.
  84. Nul3elt W. Der Warmeubergang im Kreuzstrom. Z. VDI, 1911, Bd. 55, S. 2021−2024.
  85. Smith-Johannesen R. Some experiments on the freezing of water.//Science, 1948, № 108, p.652.
  86. Sonntag D. Advancements in the field of hygrometry, Meteorol. Zeitshrift, N. F., 1994, vol. 3, pp. 51−66.
  87. Stoitchkov N.J., Dimitrov G.I. Effectiveness of crossflow plate heat exchanger for indirect evaporative cooling// Int. J. Refrig. Vol. 21, No. 6, 1998 pp. 463−471.
  88. Ф 96. Strub M., Jabbour O., Bedecarrats J.P. Experimental study of thecrystallization of a water droplet// Int. J. of Refr., 2003, vol.26, 59−68.
  89. Vargas J.V.C., Bejan A., Siems D.L. Integrative thermodynamic optimization of the crossflow heat axchanger for an aircraft environmental control system//Journal of heat transfer. ASME trans. 2001, vol. 123., № 4. pp. 760−769.
  90. World Meteorological Organization. General meteorological standards and recommended practices, Appendix A, WMO Technical Regulations// WMO № 49, 1988.
  91. Zhang L. Z., Niu J.L. Effectiveness correlations for heat and moisture ® transfer processes in an enthalpy exchanger with membrane cores//Journal of heattransfer. ASME trans. 2002, vol. 124., № 5. 922−929 pp.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!