能源隧道高效新型换热管道研究

为了提高能源隧道换热管道的换热效率,优化能源隧道换热模型,通过有限元软件COMSOL对地铁隧道进行建模,将目前已有的螺旋形换热管道和深入围岩层内的新型外延换热管道进行对比分析。根据冬夏季的外界条件情况不同,对地下隧道内换热管道的短期(3 d)换热和长期(90 d)换热传热情况分别进行数值模拟分析。结果表明:在运行时间相同的情况下,外延管道有着比螺旋管道更高的换热效率,并且在长期运行时,外延管道并不会对围岩层内产生过大的不利影响。

温室地下蓄热系统换热管道空气流速对蓄热效果影响

为确定双层覆盖温室地下蓄热系统换热管道空气流速对蓄热增温效果及对温室温度与湿度环境的影响,分别测试了该系统换热管道以不同空气流速蓄热时换热管道进出口空气温度和湿度、地坪温度以及相邻无蓄热系统温室内的气温、土壤温度和室外温度。结果表明,白昼晴朗时,当换热管道内空气以流速0.6、1.0、1.5、2.0、2.5、2.8 m/s进行蓄热时,地坪温度均高于相邻无蓄热系统温室内的土壤温度,平均温差分别为0.8、1.1、3.1、3.9、4.3、5.6℃,系统蓄热效果随换热管道空气流速增加而增强。在系统换热管道内空气流速以0.6~2.8 m/s蓄热时,温室内热空气流经换热管道温度明显降低,使蓄热温室内的气温低于相邻温室气温0.1~0.6℃,但蓄热温室气温在常见温室栽培作物所需的适宜温度范围内,换热管道以不同空气流速蓄热对温室的温度环境影响较小。

基于流固耦合的换热管道污垢超声回波检测数值模拟与实验

对换热管道污垢的有限元建模、耦合边界处理进行了分析与讨论,以压力声学与固体力学为理论基础,基于COMSOL Multiphysics中的PDE模式构建平面辐射声源下的声波振动控制方程,采用超声回波法对换热管道污垢厚度进行无损检测,求解不同振动频率下的回波振型和响应时间历程,为检测多层管材时模态和频率选择提供理论依据。针对多组不同管材污垢厚度回波特性,将有限元仿真与测点检测结果进行对比,验证了模型的准确性。基于换热污垢动态模拟实验装置进行了污垢定量实验。结果表明:采用实验和有限元结合的方式实现换热管道污垢超声回波检测的方法是可行的,数值模拟与实验结果吻合,超声波对管道沉积污垢的检测误差在±4%左右,该结果对工程在役换热集输系统的运行和清管具有实际意义。

换热管道污垢热阻直接检测方法与实现

目前,电厂循环冷却水换热管道内壁污垢热阻检测多采用间接检测法,其检测过程复杂且易引入多种测量误差。该文提出了一种通过污垢厚度和导热系数检测直接获取污垢热阻的方法。利用超声波时域反射法结合信号处理技术获得管内污垢厚度,通过显微测距分析验证了测量精度;利用瞬态平面热源法获取污垢导热系数,通过残差分析验证了其可信度;根据传热学原理进行公式推导计算获得污垢热阻。以典型碳酸钙污垢为实验对象的测试结果表明：该方法能快速、准确的对污垢热阻进行检测,可信度高、重复性好,对工业换热系统的污垢检测、防垢与抑垢具有重要意义。

化工换热污垢管道超声检测优化仿真研究

由于污垢管层与流层之间存在相互耦合现象,加之实际检测中不具备多物理场耦合开展条件,化工换热管道中传统热阻法无法实现污垢定量分析。为解决上述问题,提出采用超声时域检测法,结合Comsol Multipysics多物理场仿真软件,对声-固耦合加速度边界进行设计优化,开展化工换热污垢管道超声检测瞬态传播特性研究,实现污垢厚度特征定量提取。结果表明:优化后的模型能准确反映换热污垢管道流场与固场传播特性分布规律,弥补了工程运用中无法展开多物理场耦合分析的局限性,超声波对管道沉积污垢的检测误差在±3%左右,证明了数值仿真的可行性与准确性。仿真结果对工程在役换热集输系统超声检测和腐蚀防范提供了仿真依据和理论支撑。

管道式换热器在生活热水系统中的应用

本文主要对管道式换热器的工作原理进行了介绍以及管道式换热器在实际工程中的应用,并通过实际工程分析管道式换热器的换热效能以及其应用前景。

中国氦冷固态实验包层模块冷却系统换热器管道破裂事故初步分析

利用RELAP对中国氦冷固态实验包层模块(CN HCCB TBS)冷却系统的换热器管道破裂事故进行了详细的分析,与ITER元件水冷却系统(CCSW-1)进行了比较,对两个系统进行了合理的简化,给出了相应的RELAP节点图,并分析了不同破口事故工况对中国氦冷固态实验包层模块冷却系统和ITER CCWS-1的影响。分析结果表明,事故发生后破口附近会形成类似水锤事件,进入CCWS-1系统的氦气很可能会聚集在CCWS-1系统的高点,需在系统高点设计合理的排气路径。另外,为了限制进入CCWS-1系统的氦气量,建议在换热器水侧进出口处增加隔离阀门,隔离阀必须保证可靠性以及较短的响应时间。

关于EnergyPlus通风管道换热数学模型的分析

本文针对能耗模拟软件EnergyPlus中通风系统中的管道换热数学模型,进行了不同工况下的换热计算,通过实验研究了对应工况下的空气温度和热损失功率的实际变化;对EnergyPlus管道换热数学模型进行定量分析,并针对EnergyPlus软件中需使用固定传热系数的特点进行定量运行分析。实验和计算结果表明,EnergyPlus管道换热数学模型在稳定工况下温度变化和热损失功率的计算结果与实际结果接近;而在工况条件变化的情况下则与实际结果相差较大。而EnergyPlus软件中需使用固定传热系数的特点,将导致温度变化和热损失功率的计算结果容易与实际运行的结果差别较大。

驻波声场中圆柱形管道周围颗粒的运动特性

针对圆柱形管道外部的流体与颗粒介质运动问题,提出了结合圆柱周围声辐射力和声流Stokes力的研究方法。从柱体外部声流方程出发,得到影响涡流结构的无量纲参数Rem≥325.27时,外涡最大流速大于内涡最大流速。在此基础上,采用Nyborg的边界滑移速度理论,获得管道外部声流的极限滑移速度,推导得出圆柱附近的声辐射力公式。基于此公式,在理论上推导出颗粒速度为0、声辐射力和声流Stokes力平衡时,颗粒临界直径的表达式。通过对圆柱位于不同位置时,圆柱外部的颗粒运动进行仿真模拟,得到与理论公式相一致的结论:颗粒的临界直径的大小与声波频率有关,当颗粒直径小于临界直径时,声流Stokes力为主导,颗粒随声流运动,颗粒直径大于等于临界直径时,声辐射力为主导,颗粒在声辐射力作用下逐渐向声辐射力的节点聚集。理论与仿真结果表明该方法可用于分析管道外颗粒的分布状态,其研究结果有助于解决电站中换热器的管道结垢、热交换率降低等问题。

常压塔顶换热器出口管道冲蚀特性的数值模拟

针对石化工业常压塔顶(常顶)系统中换热器出口管道的冲蚀失效问题,分别利用工艺仿真软件Aspen和计算流体力学软件,进行工艺计算和热器出口管道的三维流场数值模拟,得到多相流中腐蚀性介质的分布规律和流场结果。研究发现:管道内油气水三相流中均存在腐蚀性介质,其溶于水后形成的腐蚀性溶液对管道壁面产生腐蚀作用,生成的腐蚀产物保护膜在壁面剪切应力的作用下快速的脱落、再生,进而加速了管道的腐蚀破坏;流场中水相主要集中在管道的外侧,水相分率由外侧壁面至内侧壁面逐渐降低,在腐蚀性溶液聚集的外侧壁面,各弯管和直管段剪切应力沿流动方向逐渐增大;沿流动方向第四只弯管内侧由入口至30°之间区域、其它四只弯管外侧壁面沿流向30°至出口段和第三、四只弯管间直管外侧壁面,为水相分率和壁面剪切应力最大区域,即在腐蚀和流体剪切作用下失效的高风险区域,仿真结果与管道测厚结果基本吻合。

地浸液取热技术研究及换热材料选择

通过调查国内6座地浸铀矿的地浸液水质参数,结合地浸液腐蚀性和结垢性判定标准,指出常规热泵直接取热技术会影响系统的正常运行。针对地浸液水温低、温差小、腐蚀性强等特点,利用系统制热性能系数比较、全寿命周期成本分析等方法,确定以间接式管道取热方案作为地浸液取热系统首选方案。室内浸泡试验表明,不锈钢316L可作为间接换热材料。

原油含水率增加对海上油田注汽锅炉运行的影响

受原油含水率增加的影响,海上油田注汽锅炉经常出现排烟温度升高、燃烧器结焦和换热管路腐蚀加剧等问题。为了保障海上油田注汽锅炉的运行性能,本文对锅炉积灰物和原油含水率进行了化验分析,本文以详细的计算和运行数据为依据,揭示了原油含水率升高对锅炉运行性能的影响规律。研究发现原油含水率增大后,Na^(+)离子和Cl^(-)离子含量增多。盐分在换热管路上凝结后,加速了换热管道的腐蚀过程,并降低了换热管道的换热效率,进一步引起注汽锅炉排烟温度升高。当原油含水率增加至10%时,其低位发热量降低了9.7%,粘度增加了1.39倍,注汽锅炉排烟热损失增加了16.9%。

新型导热塑料在蓄冰过程中的传热性能研究

在冰蓄冷空调系统中 ,载冷剂乙二醇溶液的腐蚀性对金属换热管道工作的长期稳定性产生严重影响 ,文中提出采用新型导热塑料来代替传统的金属管道。为了论证导热塑料的可行性 ,对在冰盘管蓄冰槽的蓄冰过程中 ,导热塑料的热导率对其传热性能的影响进行研究。建立了盘管蓄冰过程的物理数学模型 ,求出蓄冰时间随盘管材料热导率的变化曲线 ,并对三种盘管材料对盘管传热性能的影响作出比较 ,认为新型导热塑料制成的冰盘管具有较大的优越性 ,可在工程实际中采用。

甲烷化与耐硫变换相关设备位置关系的优化

提出设备布置调整前存在的主要问题,讨论耐硫变换与甲烷化的设备布置的优化方案,论述具体的调整思路和调整后各方面的节约情况及综合效果。

高压注水管道换热技术的探讨

针对目前油田节能减排形势及节能现状,为进一步深入挖潜增效,开展了高压注水管道低品位余热利用技术研究,通过现场试验2种不同材质、长度的注水管道外壁换热器,提出了在油田配水间注水管道外壁上安装管道换热器,吸收注入水中低品位热量,经热泵转化为高品质热量供给采暖的新模式。

8人型矿用救生舱储冰降温系统设计及试验研究

在分析并计算救生舱主要热量来源的基础上,对8人型矿用救生舱储冰降温系统进行了设计,包括储冰柜容积及外形、换热管道直径等的计算以及风机的选型;通过试验及计算得出救生舱舱体实际导热功率,最后进行真人降温试验验证。理论计算及试验表明,采用管道强制对流换热的储冰降温系统,能够满足救生舱舱内空气温度调节的使用要求。

配水间含油污水热泵采暖技术的研究

介绍了热泵技术的工作原理,通过在配水间试验热泵技术回收注入水热量用以采暖来配套目前我厂在葡北8#、10#站应用的单管冷输集油工艺。本文重点研究管道热源换热器对热量提取的效果。

传导沥青混凝土的融雪化冰试验研究及数值分析

在沥青混凝土中添加导热相材料—石墨可有效提高沥青材料的热传导性能。该文在普通沥青混凝土中掺入石墨设计出了传导沥青混凝土路面,并通过在传导沥青混凝土路面中埋入换热管道达到冬季融雪化冰的目的。全文从室外大板试验到数值分析对比,说明了传导沥青混凝土路面融雪的适用性及可行性。