1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)
毕业设计(论文)开题报告
学生姓名: 叶健玮 学 号: P3501110620
所在学院: 能源学院
专 业: 热能与动力工程
设计(论文)题目: 用于干衣的叉排倾斜H型翅片热管换热器的传热分析
指导教师: 王中贤
2015年 3 月 6 日
开题报告填写要求
1.开题报告(含文献综述)作为毕业设计(论文)答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下,由学生在毕业设计(论文)工作前期内完成,经指导教师签署意见及所在专业审查后生效;
2.开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式(可从教务处网页上下载)打印,禁止打印在其它纸上后剪贴,完成后应及时交给指导教师签署意见;
3.文献综述应按论文的格式成文,并直接书写(或打印)在本开题报告第一栏目内,学生写文献综述的参考文献应不少于15篇(不包括辞典、手册);
4.有关年月日等日期的填写,应当按照国标GB/T 740894《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求,一律用阿拉伯数字书写。如2004年4月26日或2004-04-26。
毕 业 设 计(论 文)开 题 报 告
1.结合毕业设计(论文)课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写 2000字左右的文献综述: | |
文 献 综 述 1.前言 现代人追求更加舒适的生活,对于干燥衣物的要求也是其中一个方面。干衣技术一般是利用热量蒸发水分子使得衣物干燥。热管换热器的超导热性以及等温性使它成为干衣技术中控制温度的理想工具[1]。而且近年来,随着热管技术研究的不断成熟与深入,特别是中温热管与高温热管应用领域的扩大,热管技术已广泛应用于工业、民用和国防等各个领域[2]。 2.热管换热器的发展应用 2.1热管的发展现状 热管是凭借封闭管内的工作介质反复发生相变蒸发、冷凝而进行热量传递的一种高效传热元件[3]。 热管在我国的研究起步较晚,第一根热管是70年代初由重庆大学和中国科学院力学研究所制造。1976年沈阳市做成了热管元件,并应用于油冷却器下。1980年丹东市利用简便的方法生产出碳钢水热管换热器,1984年首次参加日本国际热管会议,自此一些高校和科研单位在他的应用和基础研究方面正做着大量工作[4]。世界各国也正加紧研究热管方面,可见,热管技术在能源开发跟回收中占有很大的比例[5]。 2.2 热管换热器的应用 一般热管换热器是由热管、箱体和中间隔板组成。隔板将箱体分为两部分,一侧走热流体,一侧经过冷流体。外有翅片的热管横穿隔板,一端与热流体接触,一端与冷流体接触,以达到传热的目的,隔板能保证两侧流体互不混淆[6],注:根据K P Shah 所提出的数值700㎡/m,凡是大于该值的称为紧凑式换热器[7]。 国内外热管技术的理论研究和应用研究指出,热管的热管技术研究已经从商用公用转成向民用行业靠齐[8]。管换热器作为一种有效的余热回收装置被广泛地用在空调、工业炉、烘干炉、锅炉及干燥机等方面。如美国的Q-dot公司每年生产一百多万根,每年可以节约燃油一百多万桶。日本每年生产用于余热回收的热管约30万根。换热器的设备投资通常在一年内可以回收。如英国DRG造纸公司Kynsham工厂装置的一台热管换热器,在六个月内就可以收回投资费用。 近年来,国内对热管换热器也进行了许多实验工作,并逐步在余热回收方面推广应用。其热管壳体材料多为铜,铜钢复合或碳钢管,工质为水。回收余热的温度通常在200到400的范围里[9]。 2.3热管换热器在干衣中的应用 热管换热器可以强化对流传热使得使水蒸气在露点温度下凝结分离,缩含湿空气,提高水蒸气的分压,使之超过饱和点,成为水滴分离除去,达到除湿干衣的目的。目前国内已经有多项技能产品使用热管换热器,将热管节能技术应用到普通升温型冷冻除湿机[9],可以改善之前所造成的能源浪费。 3.热管换热器的研究现状 3.1圆形翅片热管换热器[10] 简弃非[11]等人曾经对一台用于烟气回收的圆形翅片管换热器进行结构分析,在实测数据的基础上,采用数值仿真模型对该换热器翅片间流体进行三维模拟研究,分析换热器的流场特性,包括翅片间气体流速、温度分布、压力损失、传热负荷等。结果表明在Re为8300时,模拟的压差与理论计算基本吻合,且翅片截面的烟气压力损失比不含翅片截面压力损失大7.7%,同时对不同高度的翅片对换热特性的影响做了模拟,为圆形翅片管换热器在余热回收的应用提供理论依据。 3.2直翅片热管换热器[12] 金苏敏[13]通过模拟试验的方法,对直翅片管换热器的传热,阻力特性进行了模拟试验研究,得出了在相应几何条件下管外对流换热系数及磨擦系数的准则方程,并与热管换热器综合性能试验台上直翅片热管余热管余热锅炉所测量的数据相比较,结果表明,在模拟条件下试验得到的准则方程是可靠的。 3.3矩形翅片热管换热器 黄素逸[14]对椭圆矩形翅片管采暖散热器的结构进行了优化分析,计算了椭圆管矩形翅片的肋效率,对矩形翅片的长宽比和翅片间距进行了计算,求出了最优长宽比和最优翅片间的范围,对市场上现有椭圆矩形翅片管采暖散热实验研究,证实了优化分析的正确性。 李永平[15]利用自行设计的实验台系统,用高效换元件-椭圆矩形翅片管代替圆管进行实验研究,然后对两种换热元件得出的结果进行比较,发现前者工替后者将强化容积式换热器换热过程,使换热以力大幅度提高。在进行计算理想管束的传热因子时候,根据换热器参数及操作条件的不同,需要引入各项校正因子[16][17],而换热系数的计算中,科恩在他的著作中[18]又对多诺霍法作出了改进。 3.4 H型翅片热管换热器 根据大型电站锅炉省煤器的运行工况,对单H型和双H型翅片管束气测的阻力特性进行了模化实验研究,用Fluent软件对H型翅片管束的流场和温度场进行了数值模拟,得到单H型和双H型翅片管束的传热和阻力特性变化规律。结果表明:H型翅片管束的传热和阻力特性与气体的Re有关,随着Re增大,气侧Nu不断增大,传热性能提高,而Eu则逐渐减小,并趋向稳定值,相同Re下,单H型翅片管束气侧Nu大于双H型翅片管束气侧Nu,而气侧Eu则小于双H型翅片管束气侧Eu;数值计算结果与实验结果相差较小,采用数值计算方法能较准确分析H型翅片管束的流动与传热特性[19]。 4.热管换热器用于干衣的发展 一些学者采用了神经网络模型和考虑物料收缩的孔道网络温干燥模型[20]同样适用于换热器中的干燥衣物[21]。 过热蒸汽干燥,用过热蒸汽作干燥介质, 可以减少传质阻力, 明显增强传热系数。真空过热蒸汽干燥木材, 比热空气干燥快 3~ 7 倍, 而且干燥质量很好, 在加拿大等国的工业应用效果良好[22]。 联合干燥是符合国际干燥技术的创新发展趋势的干燥方式。因为每一种干燥方法都有各自的优点和适用范围, 联合干燥正是取其优点而避其缺点[23]以除湿干燥与常规蒸汽联合干燥木材为例,首先用蒸汽对木材预热, 避免了采用除湿干燥时, 用电预热升温慢、电耗高的缺点; 进入干燥初期至中期阶段, 干燥室的排湿量大, 在此期间采用除湿干燥回收干燥室排出的余热, 可以明显地降低干燥的能耗, 节能率在 40% 以上[24]在干燥后期, 当干燥室排湿量很小时, 再用蒸汽干燥, 可快速提高干燥室温度, 加快干燥速度, 缩短干燥周期。采用高频常规蒸汽联合干燥 113 ㎜113 mm 的柳杉方柱, 与单纯蒸汽干燥相比,干燥时间缩短了4倍以上,干燥成本( 包括设备、能耗和人工费)降低3%[25]。 生物干燥原理是利用堆积的生物材料中,微生物氧化分解有机物所产生的能量来实现干燥过程。特点是不需要消耗常规能源, 干燥成本低, 且使用安全。生物干燥的速度常与生物材料的含水率、温度及通气量有关[26] ,该技术可用于干燥制浆混合物,在技术上和经济上都是可行的[27]。 超临界干燥[28] 超临界流体是一种温度和压力处于临界点以上, 无汽液相界面区别而兼有液体性质和气体性质的物质相态。超临界干燥过程实际上就是利用超临界流体超强的溶解能力, 使被干燥液体达到超临界状态并溶解在超临界流体中。 5.结论 与普通换热器比较,热管换热器有一些特殊优点。但既要看到它的优越性,又要充分认识其弱点与局限性,应根据工艺要求,合理选型,精确设计,以获得满意的使用效果。热管换热器研究得到众多学者的关注,结构形式也越来越多,因此具有广阔的应用前景,相信热管换热器将会在更多领域发挥更大的作用[29]。在新型换热器的开发方面与国外差距较大,尚需从事换热器专业的技术人员在制造工艺方面加大力度进行研究,使 我国换热器技术从各个方面赶上国际水平[30]。 参考文献: [1] 康芹.热管换热器的应用[J].机械管理开发,2010,(5),60-61; [2] 徐伟.热管技术在余热回收中的应用研究进展[J].石油和化工节能,2007,(5),11-13; [3] 纪绍斌,李生生.热管技术的应用与发展[J].山西建筑,2005,31(13):140-142 [4] 陈晒云.浅谈热管技术的应用[J].贵州科技工程职业学院学报,2008,(1),35-37; [5] 于兰凤.热管换热器的应用[J].广东化工,2013,40(16):182-183; [6] 秦朝晖.加氢裂化装置热管余热回收工程的设计和应用[D].上海:华东理工大学,2004; [7] Shah R K et al.Company Heat Exchanger[J].Hemisphere Pubilshing Corporation,1976; [8] 李永赞(胡明辅,李勇).热管技术的研究进展及工程应用[J].应用能源技术,2008,(6),45-48; [9] 于秋惠.换热器及其在余热回收中的应用[J].化工装备技术,1985; [10] 白艳伟.圆形翅片换热管的优化设计[J].科技视界,2014,(2),84-84; [11] 简弃非.圆形翅片管在余热回收中的流动与传热特性[J].节能技术,2013,1(3); [12] 马勇.直翅片在热管换热器中减轻积灰的应用[J].化工机械,2013,(3),351-354; [13] 金苏敏.直翅片管换热器传热和阻力特性的模拟实验研究[J].化工机械,1995,(1),8-11; [14] 黄素逸.椭圆矩形翅片管采暖散热器的优化研究[J].华中理工大学学报,1994,(0),52-56;[15] 李永平.采用椭圆矩形翅片管的容积式换热器的实验研究[J].节能,1997,(11),6-8; [16] Palen J W edi.Heat Exchanger Sourcebook[J].Washington.Hemisphere Publishing Cor,1986; [17] 《化学工程手册编辑委员会》编.化学工程手册(第8篇).北京:化学工业出版社,1987; [18] Kern D Q.Process Heat Transfer[J].New York:McGraw-Hill Book Company,INC,1950。 [19] 于新娜.H型翅片管束传热和阻力特性的实验和数值模拟[J].动力工程学报,2010,第六期,433-438; [20] 施娥娟.干燥机箱内流场的计算流体动力学分析及优化[D]中国农业大学硕士学位论文,2006:1020; [21] Schlunder E U,Editor-in-chief.Heat Exchanger Design handbook[M]. Hemisphere Pub.Cor.,1983; [22] 张璧光.木材真空过热蒸汽干燥的应用前景[J]木材加工机械,2005,(3), 42=44; [23] 张璧光.材科学与技术研究进展[M] 北京:中国环境科学出版社, 2004; [24] 宁炜,张璧光.蒸汽与热泵联合干燥木材的匹配分析[J] 干燥技术与设备, 2004, 2( 2):41-43; [25] Hisada T Present State of the Wood Drying in Japan and Problem to be Solved [C],7th International IU FRO Wood Drying conference, Japan, 2001: 14-19; [26] 常志州,朱万宝,叶小梅,禽畜粪便生物干燥技术研究[J]农业环境保护,2000, 19(4):213-215; [27] Mujumdar A S,Wu Z H T hermal Drying Technologies: New evelopments and Future RD Potential[C],Proceedings of the AsiaPacific Drying Conference, Hong Kong,2007:18; [28] 黄立新,陈国华,Mujumdar A S干燥技术最新研究进展和展望[J].干燥技术与设备, 2007,5( 5). [29] 于兰凤.热管换热器的应用[A].广东化工.2013,(16),182-185; [30] 马晓驰.国内外新型高效换热器[J].化工进展,(1),51-51; |
2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
研究问题
本课题主要研究用于干衣的叉排倾斜h型翅片热管换热器的传热分析。利用热管换热器回收湿热空气的热量用来预热进去干衣机的干冷空气,这样既回收空气的热量,降低室内湿度,又减少电能的使用,使能量在干衣过程中充分利用,从而达到节能环保的目的。
拟采用研究手段
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