液体循环热回收系统性能参数模拟与优化设计

为了降低洁净室全新风空调系统的能耗,基于深圳某生物医药洁净车间的液体循环热回收系统,采用效能-传热单元数法建立盘管数学模型,模拟系统性能参数,并设计正交试验分析因素主次和优方案,最后提出一种加强换热的措施。研究结果表明:水流量在2.5kg/s时,盘管换热量达到峰值。室外温湿度增加,热回收量最大增幅88%,室内温湿度增加,热回收量最大减幅14%。通过正交试验结果表明:影响热回收量的因素主次为水流量、室外温度、室内温度、室外相对湿度、室内相对湿度,优方案为水流量3.5kg/s,室内温度24℃,室内相对湿度50%。加强换热后系统总体节能20kW。

高湿排风热质传递模型及不可逆换热过程分析

如何高效提取矿井排风中蕴含的大量低品位能量,是工程领域内关键问题。针对喷淋式扩散塔热回收装置内,高湿排风与低温喷淋水的热质传递问题,构建并求解了基于传质单元数(NTU_(m))与刘易斯数(Le)的热质传递理论模型,开展了高湿排风与低温喷淋水直接接触式热质传递试验。运用火积耗散理论,明确了热质传递的实际不可逆换热过程,并揭示了Le与火积耗散热阻之间的相互关系。研究结果表明:高湿排风与低温喷淋水的热质传递过程具体表现为减湿冷却过程和类等湿冷却过程。NTU_(m)>0.1,高湿排风进行减湿冷却,经低温喷淋水换热后,最大温差可达到6.3℃,含湿量差为3.12 g/kg,该过程中Le偏离于1,Le与火积耗散热阻呈正比关系,当Le逼近于1,火积耗散热阻逼近于0,可达到最优换热效果;NTU_(m)<0.1,高湿排风进行类等湿冷却,主要表现为高湿排风经过减焓冷却达到饱和状态后,空气状态沿饱和线变化直至换热完成,且排风出口温度接近于排风进口露点温度。值得注意的是,类等湿冷却过程中热质传递火积耗散热阻远大于减湿冷却过程,高湿排风进行减湿冷却更有利于热质传递。在设计喷淋式扩散塔热回收装置时,为使换热单元内高湿空气进行减湿冷却,实现热湿能量的高效提取,风流速度应不大于4 m/s,水气比不低于0.2。

液体循环热回收系统性能参数模拟与优化设计

为了降低洁净室全新风空调系统的能耗,基于深圳某生物医药洁净车间的液体循环热回收系统,采用效能-传热单元数法建立盘管数学模型,模拟系统性能参数,并设计正交试验分析因素主次和优方案,最后提出一种加强换热的措施。研究结果表明:水流量在2.5kg/s时,盘管换热量达到峰值。室外温湿度增加,热回收量最大增幅88%,室内温湿度增加,热回收量最大减幅14%。通过正交试验结果表明:影响热回收量的因素主次为水流量、室外温度、室内温度、室外相对湿度、室内相对湿度,优方案为水流量3.5kg/s,室内温度24℃,室内相对湿度50%。加强换热后系统总体节能20kW。

换热器在石化装置中的智能化应用

换热器在运行过程中,易产生结垢、腐蚀、泄漏、振动和性能下降等问题,会影响换热器甚至整个生产装置的效率、安全和可靠性。主要阐述了适用于石化装置中换热器设备状态监测和故障诊断的智能化方法与系统,详细说明了基于MQTT和OPC协议的两种数据采集方法,以及主成分分析(PCA)、有效度-传热单元数法、对数平均温差法三种用于换热器运行状态分析的算法;介绍了三种基于信息技术的换热器智能化运维系统的应用,实现换热器状态的实时监测,故障诊断和性能优化等功能,以满足石化装置长周期运行生产需要。

内热型除湿溶液再生器溶液再生方式及装置性能分析

内热型再生器作为一种高效溶液再生装置其性能主要由溶液加热形式、热水流向、传热单元数及溶液空气相对流向等决定。该文基于装置内溶液、空气、热水三者间的能量和质量守恒,分别建立预热、内热再生器在2种热水流向下的顺流、逆流、叉流的数学模型,并进行理论性能模拟和比较。数值模拟发现大部分工况下内热型再生器再生性能为预热型的2~4倍,且受溶液–空气流量比和热水–空气流量比影响较大。热水与溶液流向相反时的再生性能要优于相同时,最大可高于5%。再生性能随溶液–空气传热单元数和溶液–热水传热单元数的增大而提高,且存在性能增长最快的组合曲线。另外再生过程中大部分情况下溶液和空气呈顺流时的出入口浓度差最大,叉流为其0.97倍左右,逆流最低时仅达到其0.87倍左右。该文研究结果为内热型溶液再生器设计优化提供理论依据。

基于NTU的太阳能溶液集热/再生器性能分析

太阳能溶液集热/再生器是集太阳能光热转化和溶液再生于一体的装置,它能有效实现太阳能溶液除湿蒸发冷却系统的溶液再生。通过自定义总温差(ΔT0)和量纲1散热系数(hz)两个变量,得到以传热单元数为自变量的量纲1耦合传热、传质模型,并通过与相关实验对比对模型进行了验证。通过对空气和溶液入口参数变化对溶液集热再生性能影响分析,发现空气入口温度提高12℃、湿度降低12 g·kg-1,溶液出口浓度升幅分别提高30%和70%以上;溶液入口温度提高30℃,溶液出口浓度升幅提高160%以上。对4组量纲群分析,得到传热单元数NTU、流量比ASMR、总温差ΔT0和Lewis数Le的增加都能促进溶液再生。逆流再生比顺流再生的出口浓度增幅能提高10%左右。

全焊接板式热交换器在较高NTU场合的设计及应用

结合石化装置典型工位传热工程设计实例,对全焊接板式热交换器在传热单元数NTU较高场合中的应用进行了介绍和分析。工业标定结果表明,全焊接板式热交换器是一种特别适用于较高NTU场合的高效节能设备。

化工原理教学中传质对传热教学的启发及运用

通过对比吸收与传热的假设和模型,寻找出它们的共同点,进而借鉴吸收的处理方法,推导出逆流传热中传热单元数和传热单元长度的计算公式,绘制了传热单元数的图形,并提出了定性分析传热操作型问题的基本思路。通过对比建立了传质和传热之间的联系,使它们不再是分散的知识点,这有利于学生对化工原理知识的理解和掌握。

换热器中强化传热表面传热性能的评价

以热力学第二定律为基础，在熵产分析的基础上提出了新的传热性能评价判据——强化传热性能因数。

基于简化模型的回热系统性能实时监测

回热系统是发电机组的主要辅助设备,实时监测回热系统的运行状况,对机组的安全性、经济性具有重要意义。由于在变工况条件下,电站回热加热器不同换热段的换热特性具有明显差异,且回热系统各参数具有鲜明的耦合关系。传统的回热系统传热计算过程复杂,致使回热系统的整体变工况特性计算不易收敛,或精度降低。针对典型的三段式回热加热器建立了变工况简化计算模型,同时,以300MW机组的回热系统为例,结合疏水冷却段效能的简化计算方法与回热系统变工况的逆序算法进行了计算分析。计算结果表明模型精度较高,同时该模型具有对现场测点数据依赖度小、计算方法简单、速度快的优点,对回热系统性能监测以及机组热经济性诊断具有一定的参考价值。

平均温度差法和传热单元数法在化工换热计算中的盲区

换热是《化工原理》中重要的单元操作之一,热量优化设计是现代化工设计的重要组成部分。文章运用平均温度差Δtm法和传质单元数NTU法对同一换热单元进行核算。结果表明,两种计算方法在同一计算案例中出现结论相反的"盲区"。因此,换热设计中应注意核算方法的选择。

换热器热效率的表达和应用

根据以冷、热流体基准的不同,定义了两种换热器的热效率(ε),在此基础上,推导得到了换热器热效率的四种不同的表达形式,并通过一个实例说明热效率-传热单元数法(ε-NTU法)在换热器操作型计算中的应用。

换热器工艺设计及计算的探讨

介绍用图解积分法进行换热器工艺的程序化计算方法 ,此法具有简捷、精确的优点 ,且同时可获得换热器内流体的温度分布数据 ,有助于对传热机理的分析。

NTU与流体温度及热容流率比间的定量关系研究

换热器操作型问题计算往往需反复试差或查取算图,计算繁复或有误差。为回避试差或查算图,对单程无相变换热器传热单元数与流体温度及热容流率比间的定量关系进行研究,导出了计算公式,对导出公式及获得的计算图表通过实例检验和分析。研究结果表明:用导出公式确定流体温度及介质消耗量可避免试差或查算图,方法简便、精度高;热容流率比存在临界值,在换热器设计及应用过程中需控制在临界值以下,以确保换热过程的经济性。

三元双向相变储能换热器的数值模拟与分析

目的建立应用于通信基站中的相变储能空调系统中的相变储能模块,使得空调系统达到在夜间利用室外自然冷源和低压电同时给相变材料蓄冷,以解决通信基站等设备高负荷运作的高温地点中的冷负荷问题.方法建立了一种三元双向的板式壳式换热器,基于不同气候下基站房间的供冷需要,提出了相变储能空调工作的5种工况,并对该换热器的四种运行情况下的蓄、释冷情况进行了模拟仿真,最后对其传热单元数进行了计算.结果通过对相变储能换热器的模拟,得出其蓄、释冷过程中的温度分布,液相分布,蓄冷与释冷规律,计算得出笔者设计的此种相变储能换热器的综合传热单元数为3.5.结论笔者设计的相变储能模块可以满足对通信基站房间进行供冷的要求,具有较高的传热效能,在工程实践中具有可行性.

火电机组直接空冷系统热力设计和变工况计算程序

针对直接空冷系统设计和变工况计算中存在迭代现象,特用C++语言编写了一套直接空冷系统的可视化计算程序,并用算例证明程序的可靠性。用变工况计算程序对已设计好的直接空冷系统进行了计算,得到其变工况热力性能。

热交换器设计中两种设计方法的比较

分析比较了热交换器设计中常用的对数平均温差法和传热单元数法之间的联系和区别,并以增压柴油机的板翅式中冷器的设计为例,比较并验证了两种方法的设计结果.结果表明:两种方法设计出的换热器虽有一定偏差,但都可满足设计要求.

水冷热管针翅散热器换热性能数值模拟

针对目前大功率激光器存在的冷却问题,分析现有冷却方法的优缺点,提出了利用水冷热管针翅散热器解决其散热问题。采用有限容积法研究水冷热管针翅散热器的稳态换热性能,分析热管数量、热管高度、热管直径及翅顶空隙率对散热器换热性能的影响,建立水冷热管针翅散热器的物理模型并进行数值模拟。结果表明:在雷诺数Re为32 300的情况下,热管数量从36根增加到64根时,流体的平均努塞尔数Nu趋于497;热管高度从25mm增至35mm时,Nu下降7.86%,摩擦系数下降10.7%;热管直径从6mm到10mm时,Nu增加77.72%,但摩擦系数增加890.53%;翅顶空隙率从0到0.5时,Nu下降40%,摩擦系数下降44%。研究结果对水冷热管针翅散热器的设计、优化具有一定的指导意义。

表冷器湿工况传热性能的简化预测方法

基于表面平均温度法和效能-传热单元数法,建立了水冷式表冷器湿工况换热的数学模型。该模型无复杂的模型设置和算法,无需表冷器的几何数据或详细性能数据,只需名义工况参数就能预测其性能;水侧和空气侧对流换热系数从名义显热量导出。根据数学模型,采用Modelica语言建立了表冷器的湿工况仿真模型。采用表冷器实测数据对新模型进行了验证。结果显示,新模型预测的换热器出口温度和换热量与实测值的偏差分别在6%和12%以内,每个工况只需10s左右的计算时间。

使用净现值法优化余热回收换热器

引入最优化方法,提出以净现值(NPV)为优化目标,以余热回收换热器换热面积为设计变量的优化设计模型。引入传热单元数(NTU)作为换热面积的度量,分析NTU变化对NPV的影响,从而确定优化方案,并且获得最优化条件下空气预热出口温度(t_2)。通过对燃烧二甲醚年产4万t玻璃炉窑烟气余热回收换热器的分析,结果显示在NTU=1.51时,换热器得到最大净现值NPV=7.53万元,空气预热出口温度t_2=100℃。同时,每年可节约燃料194.1 t和减少CO_2的排放量33.82。因此,采用余热回收换热器优化设计模型,通过对投资后整个运行期内的经济效果分析,可以对回收方案的合理性进行更为全面的评价。