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水膜作用下导热塑料盘管换热性能研究

作　者: 张根祥
导　师: 周亚素
学　校: 东华大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 传热系数降膜导热塑料
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 27次
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内容摘要

蒸发冷却空调技术是一种环保、高效、经济的冷却方式之一。具有较低的设备成本,可以大幅度降低用电量和减轻在用电高峰期用电压力,还可以减少温室气体和CFC的排放量。所以,蒸发冷却空调广泛应用于居住建筑和公共建筑中的舒适性冷却,并且可以用在传统工业领域如：纺织厂、面粉厂、铸造车间、动力发电厂等,来提高工人的舒适性。影响闭式冷却塔性能的重要因素就是其内部的管式间接蒸发冷却器。传统金属换热器,虽然材料导热系数一般比较高,理想状态下换热效果好,但是存在着许多不足之处。容易结垢、被腐蚀、能耗高和制作成本相对较高等缺点。污垢通常是以混合物存在,导热系数一般非常的低,严重影响换热效果。为了克服腐蚀等问题还需要采用特殊的金属材料,价格更加昂贵。导热塑料是为了解决该问题而研发的新型高分子材料,是在普通塑料的基础上加入导热物质,以解决普通塑料的导热性能差的问题。随着导热塑料的研究的进一步发展,将有可能利用导热塑料制作管式换热器,以解决传统金属换热器难以解决的防腐蚀和防结垢问题。通过分析间接蒸发冷却空调的传热传质过程,提出影响水膜作用下水平盘管传热传质的影响因素,建立该传热传质的物理模型,并在此基础上分别建立传热和传质系数的数学关联式。通过Matlab的可视化处理,更可直观地分析出传热和传质系数的变化趋势,给实验提出依据。根据理论分析的参数要求,设计尺寸为0.6m×0.6m×2m的实验平台,模拟简易的冷却塔,测试传热系数和传质系数与理论分析的符合程度,分析导热塑料管是否可以解决普通塑料盘管的传热性能差的问题,讨论用导热塑料盘管代替传统金属盘管的可行性,从而在根本上解决金属盘管防腐蚀和抗结垢的能力差的问题。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-21
  1.1 蒸发冷却  11
  1.2 蒸发冷却在空调系统中的应用  11-13
  1.3 本课题的研究背景和意义  13-14
  1.4 水平管降膜传热的国内外研究进展  14-17
    1.4.1 水平管喷淋液体流动形式的研究进展  14-15
    1.4.2 喷淋密度对水平管蒸发冷却影响的研究进展  15-16
    1.4.3 换热管对蒸发冷却影响的研究进展  16-17
  1.5 导热塑料的国内外研究进展  17-19
    1.5.1 金属填充型导热塑料  17
    1.5.2 无机填充型导热塑料  17-19
  1.6 本文研究内容  19-21
第二章水膜作用下水平盘管传热传质原理  21-35
  2.1 间接蒸发冷却空调的基础理论  21-22
    2.1.1 间接蒸发冷却的传热传质过程  21-22
    2.1.2 间接蒸发冷却空气处理过程分析  22
  2.2 传质理论基础  22-25
  2.3 水膜作用下水平盘管换热传热传质理论分析  25-31
    2.3.1 管外水膜流动传热传质原理  27-28
    2.3.2 建立总传热系数Uo的数学模型  28-30
    2.3.3 管外水膜流动对流传质系数计算的简化公式  30-31
  2.4 传热传质系数实验关联式  31-33
    2.4.1 管内侧对流换热系数ho实验关联式  31-32
    2.4.2 管外侧喷淋水膜对流换热系数实验关联式  32
    2.4.3 污垢热阻  32
    2.4.4 管外侧传质系数的实验关联式  32-33
  2.5 压力损失的确定  33-34
    2.5.1 冷却盘管压力损失的确定  33
    2.5.2 管外湿空气压力损失的确定  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章传热传质各影响因素的理论分析  35-43
  3.1 MATLAB软件包简介  35-36
  3.2 MATLAB图形基础  36
  3.3 各影响因素对总传热系数Uo的影响  36-39
    3.3.1 不同材料(导热系数)对Uo的影响  37-38
    3.3.2 管内冷却水Re对不同材料盘管Uo的影响  38
    3.3.3 喷淋密度Γ对不同材料(导热系数)盘管的Uo的影响  38-39
  3.4 分析进塔空气流量Q对传质系数hm的影响  39-40
  3.5 本章小结  40-43
第四章实验装置及测试方法介绍  43-61
  4.1 引言  43
  4.2 实验目的  43
  4.3 实验台简介  43-45
  4.4 实验台主要部件及测试方法介绍  45-52
    4.4.1 塔体  45-46
    4.4.2 电加热水箱  46-47
    4.4.3 冷却水循环管路  47
    4.4.4 测试所用盘管  47-49
    4.4.5 循环喷淋水系统  49
    4.4.6 喷淋水布水器  49-50
    4.4.7 风系统  50-52
  4.5 测量设备  52-55
    4.5.1 智能型环境测试仪  52
    4.5.2 热线风速仪  52-53
    4.5.3 浮子流量计  53
    4.5.4 红外测温仪  53-54
    4.5.5 PT100铂电阻温度探头  54
    4.5.6 温度读取仪器KEITHLEY2700  54-55
  4.6 数据测量方法  55-57
    4.6.1 空气干湿球温度和相对湿度的测量  56
    4.6.2 进出塔空气速度测量  56
    4.6.3 冷却水进出口水温、喷淋水温、进出塔空气温度的测量  56
    4.6.4 喷淋水流量量和冷却水流量测量  56-57
  4.7 实验基本步骤和注意事项  57-58
    4.7.1 准备工作  57
    4.7.2 实验操作步骤  57
    4.7.3 测试结束操作步骤  57-58
  4.8 实验误差分析  58-60
    4.8.1 误差分类  58-59
    4.8.2 消除或修正系统误差的方法  59
    4.8.3 实验测量误差  59-60
  4.9 本章小结  60-61
第五章水膜作用下水平盘管传热传质性能实验研究  61-71
  5.1 盘管材料导热系数λ对总传热系数Uo影响的实验研究  61-62
  5.2 管内对流雷诺数RE对不同盘管总传热系数Uo影响的实验研究  62-65
  5.3 喷淋密度(Γ)对不同材料盘管的Uo影响的实验研究  65-67
  5.4 进塔空气流量Q对不同材料盘管传质系数hm影响的实验研究  67-69
  5.5 本章小结  69-71
第六章结论与展望  71-75
  6.1 研究结论  71-73
  6.2 展望  73-75
参考文献  75-79
在读期间发表的学术论文  79-81
致谢  81

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