文档介绍
| 冷凝式燃气热水器换热器与普通燃气热水器换热器相比,增加了一级冷凝装置,使烟气中的水蒸气在低于饱和温度下凝结,利用了水蒸气释放的潜热,降低了排烟温度,热效率得以提高,同时烟气中的CO2、NOX、SO2等酸性气体溶于冷凝水使得烟气得到净化,达到高效环保的目的。本文以燃气热水器中螺旋扁管结构的冷凝式换热器为研究对象,应用计算流体力学(CFD)的方法,使用前处理软件Gambit建立冷凝式换热器三维物理模型并对模型进行网格划分,通过编译水蒸气的凝结传热传质用户自定义程序(UDF),使用FLUENT多相流模型对换热器耦合传热传质求解,得到流场的温度分布、压力分布、速度分布以及换热系数、换热效率和冷凝效果等。最后对冷凝式换热器的热工性能进行了实验研究,测试在不同参数下的热效率。在数值计算前,对换热器的能效进行了分析,并分析了烟气的物性及各个运行工况对换热器热工性能的影响,介绍了对耦合换热壁面的处理、对水蒸气冷凝的处理、边界条件和材料属性的设置、求解模型及方法。在数值仿真时考虑不同扁管排布及扁管材料、入口水的参数、入口烟气参数、隔热板的位置对换热器换热性能的影响,并对冷凝段的烟道结构进行了优化。数值仿真结果表明：紫铜管和铝管换热器总换热系数要稍高于不锈钢管,在安全壁厚条件下,可通过减薄不锈钢管的壁厚来达到紫铜管和铝管相同的换热系数,且经济性较好；扁管的排布对水的进出口压差影响很大,而对换热性能、冷凝效果影响较小。相比水的流量,入口水温对热效率影响更明显；水流量的增加及入口水温的降低,导致水流整体温度的降低,出现更多低于烟气露点温度的位置,即发生冷凝的面积增加,释放更多的潜热量,提高了冷凝率及热效率。烟气的速度增大时,减小了烟气与管壁之间的显热交换时间,烟气中显热利用不充分,排烟损失所占热负荷比例增大,换热效率下降及冷凝效果下降。隔热板的位置改变了高温段与冷凝段的换热面积和烟气的流动,对热效率及冷凝效果影响显著。烟气中水蒸气的体积分数增大,使得水蒸气的分压上升,冷凝更容易,冷凝率有增大趋势,潜热量占热负荷的比例增大,换热效率上升明显。冷凝段烟道的结构对换热系数有一定的影响,当倒角角度取15。时,不存在涡流停滞区,换热系数更高。 |
文档标签:
流体力学
