哈雷釬焊板式換熱器
                專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
                新聞動態

                基于MATLAB快速式汽水換熱器傳熱與流動研究

                點擊:1977 日期:[ 2014-04-26 21:53:33 ]
                                  基于MATLAB的快速式汽-水換熱器傳熱與流動特性研究                            張艷喬1,張金霞2,韓吉田1,邵 莉1     (1·山東大學能源與動力工程學院,山東濟南250061; 2·濰坊市建筑設計研究院,山東濰坊261031)     摘要:采用傳熱有效度-傳熱單元數(ε-NTU)的方法建立快速式汽-水換熱器傳熱與流動特性的數學模型,利用MATLAB的SIMULINK建立相應的仿真模型,對快速式汽-水換熱器的傳熱與流動特性進行模擬分析,得到了換熱器出口混合水溫度和壓降隨換熱器的冷水質量流量及混合閥的冷、熱水混合比的變化關系,并進一步分析了溫度調節混合閥的調節特性。     關鍵詞:快速式汽-水換熱器;ε-NTU方法;MATLAB; SIMULINK     中圖分類號:TK124 文獻標識碼:A 文章編號: 1004-7948(2009)11-0024-05     引言     快速式汽-水換熱器(也稱即熱式換熱器)是由基于前饋控制原理的溫度控制閥(混合閥)和螺旋管換熱器所組成的一個換熱系統。由于其具有結構緊湊、安裝方便、無需常用溫控裝置、節能等優點,在石化、采暖、制冷空調和生活熱水等領域中得到了廣泛的應用??焖偈狡?水換熱器通過帶有壓差感應裝置的混合閥替代傳統的溫度控制閥和溫度傳感器實現溫度的自動調節,具有溫度調節快速和精度高等優點。     目前國內外已對螺旋管式換熱器的傳熱和流動特性進行了研究[1-3],前饋式溫度控制技術在換熱器的溫度控制中也得到了成功應用[4]。但對由螺旋管式換熱器和前饋式溫度調節混合閥組成的換熱器系統傳熱和流動特性研究卻很不夠。由于快速式汽-水換熱器的傳熱與流動特性對于該類換熱器的有效設計、制造和安全經濟運行是至關重要的,因此,其傳熱和流動特性研究具有重要的理論意義和工程應用價值。     本文采用傳熱有效度-傳熱單元數(ε-NTU)的方法建立快速式換熱器的傳熱與流動數學模型,通過MATLAB的SIMULINK建立相應的仿真模型,對傳熱和流動模型進行模擬分析,得到了換熱器出口混合熱水溫度和壓降隨著進入換熱器的冷水質量流量與進入混合閥的冷、熱水混合比的變化關系,并分析了混合閥的調節特性,為快速式換熱器的優化設計分析與安全經濟運行提供基本數據和依據。     1·工作原理     快速式汽-水換熱器的工作原理如圖1所示。                       混合閥感應頭內膜片上部的壓力P1是混合閥入口側的冷水壓力,它通過混合閥入口側的冷水管接口引至混合閥壓差感應頭內。膜片下部的壓力P2是通過混合閥內通道感應混合熱水的壓力?;旌祥y在二者壓力差的作用下通過調節冷、熱水的比例對混合水的溫度進行調節。由于作用于混合閥的壓差可以迅速反應混合水流量的變化,因而該換熱器系統可根據負荷的變化通過調節冷熱水的混合比對熱水溫度進行快速調節。     2·數學模型     為了建立快速式汽-水換熱器傳熱和流動特性的數學模型,可作如下假定:冷、熱流體在換熱器內的流速是均勻的,可用平均對流換熱系數關聯式計算螺旋管內外兩側流體的對流換熱系數,可忽略不計換熱器各部分與周圍環境之間的散熱損失、液膜熱阻和污垢熱阻。     2·1幾何分析     圖2是螺旋管的結構尺寸示意圖。                        假定每一圈螺旋管間是均勻排列的,則可以用a來表示相鄰兩螺旋管之間表面間通道的螺旋通道間距。以螺旋盤管的圓心O到螺旋管的最內端管子中心線為基準線,繞螺旋盤管的圓心逆時針旋轉后所得的角為螺旋角θ。假設每一圈螺旋管均為半徑均勻增加的圓,任意微小螺旋角對應的弧線都近似為圓弧,且螺旋盤管上下層之間無間隙緊密排列。則可用極坐標表示螺旋盤管的內徑為:                       2·2快速式換熱器的傳熱     本文考慮的是殼側蒸汽凝結為飽和水后并被進一步冷卻的冷凝冷卻過程。在利用ε-NTU方法建立的數學模型中引入一個中間溫度th,m。假設水蒸氣凝結釋放的潛熱量恰好使冷水溫度上升到th,m,而冷凝水的顯熱量使冷水溫度由th,m繼續上升到最終溫度。則潛熱過程的傳熱量Q1可表示為:                    2·2·1換熱器出口熱水溫度     通過將對應公式代入ε-NTU模型中,可得到換熱器出口熱水溫度隨管內水質量流量變化的表達式:                     2·2·2混合熱水的溫度     在無散熱損失和泄漏的情況下,混合閥內冷、熱水混合的熱平衡方程式為:     mccp, c(tb-th, in)=mhcp, h(th, out-tb) (14)     式中:mc—進入混合閥的冷水質量流量;     tb—混合閥出口的混合熱水溫度;     cp, c、cp, h—分別為冷、熱水的定壓比熱容;     mh—進入混合閥的熱水質量流量。     由于進入混合閥的熱水溫度不高,在此范圍內可忽略水的定壓比熱隨溫度的變化,近似有cp, c=cp, h。     定義進入混合閥的冷水流量與熱水流量的比為混合比,即:                      整理后可得混合閥出口混合熱水的溫度隨混合比的變化關系為:     2·3快速式換熱器的流動阻力     本文選用Srinivasan推導的適用于光滑螺旋管的單相摩擦阻力系數關聯式計算螺旋管換熱器的壓力損失ΔPf為:                    式中:ρ—流體密度;uh—進入混合閥的熱水流速。其中,摩擦阻力系數表達式為:                    3·快速式換熱器的仿真模型     根據以上的數學模型,采用MATLAB的SIM-ULINK模塊建立了圖3和圖4所示的快速式換熱器的傳熱和流動特性的仿真模型。     4·仿真結果與分析     圖5給出了在進入混合閥的冷、熱水混合比不同時混合熱水溫度隨水的總質量流量變化的關系。當換熱器在某一特定條件下工作時,隨著水需求量的增加,混合熱水溫度降低,其變化趨勢與混合比有關。當混合比較小時,混合熱水溫度隨水需求量的增加由急劇變化逐漸變緩,當混合比達到一定值時,混合熱水溫度隨水需求量的增加則由緩慢而變快,且在一個很小的溫度范圍內變化。而混合熱水溫度隨混合比的變化則是隨著流量的增加呈現出一個先減小后增加的趨勢。                        圖6是水的總流量不變時混合熱水溫度、換熱器出口熱水溫度隨著進入混合閥的冷熱水混合比及進入換熱器的冷水質量流量的變化關系。由圖6可知,當水的總流量不變時,隨著進入混合閥的冷熱水混合比的增加,進入換熱器的冷水質量流量逐漸減小?;旌蠠崴疁囟入S著進入混合閥的冷熱水混合比增加而降低,換熱器出口熱水溫度隨著進入混合閥的冷熱水混合比的增加而線性升高。且進入混合閥的冷熱水混合比越大,混合熱水溫度與換熱器出口熱水溫度之間的溫差越大,當混合比等于零時,二者相等。這是因為當水的總流量不變時,隨著進入混合閥的冷熱水混合比的增加,進入換熱器的冷水質量流量減小,而進入混合閥的冷水質量流量則增加。由于進入換熱器的冷水質量流量減小,熱源供給充足的熱量而使換熱器出口熱水溫度升高。但冷熱水混合比對混合熱水溫度的影響比換熱器出口熱水溫度對混合熱水溫度的影響更明顯,因而混合熱水溫度是降低的。直到混合閥的水全部由冷水提供時,混合熱水溫度等于提供的冷水溫度。而當流出混合閥的混合熱水全部由換熱器出口的熱水提供時,即進入混合閥的冷水流量為零時,混合熱水溫度則等于換熱器出口的熱水溫度。                        圖7為在進入混合閥的冷熱水混合比不同時混合閥出口壓力隨著進入混合閥的熱水質量流量變化的關系。                        混合閥出口的壓力隨著進入混合閥的熱水流量的增加而降低,但隨著混合比的變化,混合閥出口的壓力變化很小。當水的需求量增加時,混合閥出口的混合熱水溫度降低。由于混合閥出口的壓力降低使作用于混合閥的壓降增大,混合閥的調節作用減小了冷熱水的混合比,使混合熱水溫度調整到設定值。     圖8給出了當水的總流量一定時,混合閥出口壓力、進入混合閥的冷熱水混合比與進入混合閥的熱水質量流量之間的變化關系。當水的總流量一定時,隨著混合比的增加,進入混合閥的熱水流量減少,混合熱水的溫度將降低,而混合閥出口的壓力則隨之升高。而混合閥出口壓力的升高將使混合閥動作,不斷地調節冷熱水的混合比,改變進入換熱器的冷水流量,使混合熱水的溫度調節到設定值。                      5·結論     應用ε-NTU方法建立快速式汽-水換熱器傳熱與流動特性的數學模型,通過MATLAB的SIMU-LINK對傳熱和流動過程進行了模擬分析,得到了換熱器的傳熱與流動特性。     研究結果表明:當換熱器的負荷增大時,換熱器出口混合水的溫度會降低,且混合水溫度變化的快慢與混合比的大小有關;當換熱器的負荷不變時,換熱器出口熱水溫度隨著進入混合閥的冷熱水混合比的增加而線性升高;混合閥出口的壓力隨著進入混合閥的熱水流量的增加而降低。     快速式汽-水換熱器的傳熱與流動特性不但與換熱器本身有關,而且與混合閥的調節特性密切相關,開發調節性能優良的混合閥是提高該類換熱器整體性能的關鍵之一。 參考文獻 [1]Naphon P, Wongwises S. Heat transfer coefficients underdry-and  wet-surface conditions for a spirally coiled finnedtube heat exchanger [J]. International Communications inHeat andMassTransfer, 2005, 32 (3-4): 371-385. [2]王新晶,宋忠喜,國春鳳.新型螺旋管式換熱器的設計[J].節能, 2003, 25(5): 10-11. [3]韓志航,孫奉仲,韓吉田,等.螺旋管式換熱器的過冷凝結方法研究[J].熱能動力工程, 2004, 19(6): 645-647. [4]程衛軍.前饋式蒸汽快速熱水器的原理和應用[J].上海節能, 2005, (3): 66-69. 作者簡介:張艷喬(1982-),女,河北秦皇島人,碩士研究生,工程師,從事制冷與空調系統的研究開發與設計工作。
                上一篇:板翅式換熱器的技術進展 下一篇:高扭曲比螺旋扁管的管內傳熱及流阻性能

                相關資訊

                Copyright ?2008 哈雷換熱設備有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技園西塢金水路 電話:0086-574-88928255 傳真:0086-574-88916955
                換熱器 | 板式換熱器 | 釬焊板式換熱器 | 冷卻器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式換熱器 | 網站地圖 | XML 浙ICP備09009252號 技術支持:眾網千尋
                国产在线无码视频一区二区三区