基于污水热利用的管壳式换热器的优化控制研究-建筑与土木工程专业论文.docx

Optimum control of Shell-tube Heat Exchanger Based on Sewage Thermal Utilization A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Engineering By Feng Xinghui Supervised by: Prof. Kang Shimin Major: Architecture and Civil Engineering College of Urban Construction and Environmental Engineering of Chongqing University, Chongqing, China October, 2011 中文摘要 中文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE IV 摘 要 污水源热泵作为一种利用可再生能源的建筑节能应用技术，在大力倡导“低 碳经济”、“节能减排”的今天，愈来愈受到人们的关注。对于间接式污水源热泵 系统来说，管壳式换热器的换热效果、运行维护费用等，对它的实际节能效果和 系统运行费用有着重要的影响，如何实现间接式污水源热泵系统中管壳式换热器 的优化控制是当前污水源热泵研究领域的热点之一。 本文从污水管壳式换热器的传热原理及热力计算原理出发，分析推导了换热 器的换热面积、传热系数、对数平均温差及流动阻力的常用计算公式，为后续换 热器设计制作奠定了理论基础。文章还分析了实际工程中，间接式污水源热泵系 统有效换热量的影响因素，并提出了对系统有效换热量的五个重要影响因素：系 统运行换热面积、污水温度、系统冷热负荷工况变化、管壳程流体流速和污垢热 阻。 本文根据污水管壳式换热器的换热影响因素和优化控制原则，针对污水温度、 系统负荷工况变化提出了关于取水泵、换热器和中介水循环泵的运行台数的优化 控制策略；针对换热器管程污垢生长特性提出了关于污水管壳式换热器管、壳程 的流向转变控制方法及周期。文章还针对以上因素，提出了关于间接式污水源热 泵系统的综合优化控制措施和优化控制效果分析。 最后，本文依据理论分析和推导，设计并制作了污水管壳式换热器模型，搭 建了污水源热泵系统实验平台模型，并通过一系列的实验工况安排，进行了相关 实验工况的测试和研究，定性地分析和总结了管壳式换热器的优化控制策略。实 验表明：①污水温度每升高 1℃，管程所需污水流量约增加了 17%，其对数平均 温差约降低了 12.7%，此时换热器传热系数约降低了 14%，污水温度对换热器实 际换热量影响很大；②对换热器进行流向转变控制可以相对延长污垢的诱导期， 并在污垢生长中期时间段内不断破坏污垢原有生长环境，从而进一步延长污垢生 长周期；③不同负荷工况下，对系统的取水泵、换热器和中介水循环泵的运行台 数进行优化控制是完全可行的，而对于实际工程来说，A—L 控制策略要根据工 程中实际的换热器、取水泵和循环水泵台数来进行理论分析和后期实验调试。 关键词：污水源热泵，管壳式换热器，优化控制，不同负荷工况，污水热利用 英文摘要 英文摘要 重庆大学硕士学位论文 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV ABSTRACT Today，with vigorous advocacy of Low Carbon Economy, Energy Saving and Emission Reduction, the sewage-source heat pump, a construction energy conservation application technology of utilizing renewable energy resources， is becoming more and more concern. For the indirect sewage-source heat pump system, the heat exchange efficiency ,operation and maintenance costs of shell-and-tube heat exchanger have a great effect on its actual efficiency of energy saving and system operation costs. Therefore, it is one of the hot topics how to achieve op