大學生科技創(chuàng)新作品-高溫高濕流體廢熱回收裝置模型與模擬分析

參賽團隊：建筑工程學院--換熱器實驗小組指導老師：牛永勝李瓊高溫高濕流體廢熱回收裝置模型制作與模擬分析

2021年國家學生科技創(chuàng)新工程結題報告目錄工程研究的背景研究的內容及意義研究的思路手段方法工程總結與展望換熱器實驗小組工程研究成果展示礦井回風廢熱利用技術應用現(xiàn)狀1直接接觸式熱濕交換研究現(xiàn)狀2模型試驗研究現(xiàn)狀3回風換熱器數(shù)值模擬現(xiàn)狀4工程研究的背景換熱器實驗小組工程研究的背景21●環(huán)境污染嚴重，綠色節(jié)能刻不容緩●●響應國家節(jié)能減排規(guī)劃的政策●煤礦回風存在能源浪費問題換熱器實驗小組研究大背景換熱器實驗小組低溫熱能高溫熱能建筑采暖職工洗浴井筒防凍熱泵回收系統(tǒng)效率高系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保系統(tǒng)簡潔、熱泵機組成熟，可靠性較高換熱器實驗小組直接接觸式熱濕交換研究現(xiàn)狀國外國內熱濕交換★雙膜理論★圓管內氣液交換★濕空氣動量守恒方程、焓方程、溫度變化方程研究★蒸發(fā)式冷卻器流量，溫度效率之間關系★濕簾降溫系統(tǒng)降溫增濕模型★噴水室順逆噴水—空氣全熱交換

模型試驗研究現(xiàn)狀研究依據(jù)幾何相似運動相似動力相似

回風換熱器數(shù)值模擬現(xiàn)狀確定模型比例尺寸Gambit網(wǎng)格劃分Fluent模擬計算分析得出結論內容一內容二內容三

換熱器實驗小組依據(jù)現(xiàn)行普通風速〔迎風面風速6m/s及以下〕礦井回風換熱器的熱工性能、阻力特性、除塵效率進行模型試驗搭建，并提出試驗設計方案應用fluent軟件采用DPM模型和多相流模型對溫度場、濕度場等進行數(shù)值分析，計算出風參數(shù)和換熱量礦井回風換熱器熱濕交換理論研究及換熱器熱濕交換的影響因素的分析2研究的內容和意義研究的內容換熱器實驗小組研究的意義通過理論分析，模型試驗研究及數(shù)值模擬得出效率最高的換熱器模型①②通過模型試驗和數(shù)值模擬的研究來指導實際生活中礦井廢熱的回收從而到達節(jié)能減排的目的3研究的思路手段和方法換熱器實驗小組3理論研究與分析應用fluent軟件分析統(tǒng)計數(shù)據(jù)，綜合分析，得出結論模型試驗臺制作理論研究與分析理論研究熱濕交換理論熱濕交換數(shù)學建模熱濕交換效率熱交換系數(shù)模型試驗臺制作模型試驗臺制作方案圖示根本功能能在全年實現(xiàn)真實模擬礦井回風換熱器熱濕處理過程可以對現(xiàn)行普通低速〔迎風面風速6m/s及以下〕礦井回風換熱器熱工性能、阻力特性、除塵效率進行檢測測試換熱斷面風速在2-12m/s范圍內可調，且可實現(xiàn)對礦井回風換熱器各項性能進行試驗測試123工藝組成測量控制系統(tǒng)換熱器測試段空氣預處理段冷熱源系統(tǒng)主要設備搭建過程展示實驗設計方案礦井回風入口濕空氣初始干濕球溫度出風口處的干濕球濕度測試和速度分布測試噴淋水的初終溫度的測試主要測試參數(shù)通過焓差分析和雙效率法分析得出實驗結論實驗測點布置根本參數(shù)測試點布置圖出風口回風風速、溫度測試點Fluent數(shù)值模擬計算數(shù)值模擬Fluent簡介模型假設DPM模型湍流模型邊界條件Fluent簡介模型假設回風換熱器模型中流動的的流體是具有粘性的非理想流體假設水和空氣的各項物性參數(shù)為常數(shù)，且氣流為不可壓縮的定常流動流體的流動假設為湍流流動，既符合湍流模型DPM模型介紹DPM模型是以歐拉—拉格朗日方法為根底建立的。它把流體作為連續(xù)介質，在歐拉坐標系內加以描述，對此連續(xù)相求解輸送方程，而把霧滴顆粒群作為離散體系，通過積分拉氏坐標系下的顆粒作用力微分方程來求解離散相顆粒的軌道，可以計算出這些顆粒的軌道以及由顆粒引起的熱量/質量傳遞湍流模型介紹FLUENT為湍流計算提供了多種模型：Spalart-Allmaras、k-ε、SST、V2F、RSM、SAS、DES、LES等。礦井回風換熱器使用k-ε模型。該模型的計算方程是在單方程的根底之上，引入了一個關于湍動耗散率的方程。模型為雙方程模型，分為三種：Standard模型、RNG模型、Realizable模型。三種模型的方程都有相同的形式，其主要的區(qū)別是：1、各自計算湍流黏性系數(shù)的方法不同；2、控制湍流擴散的湍流動能和耗散率的湍流Prandtl數(shù)不同；3、方程中的產(chǎn)生項和消耗項關系不同。邊界條件010203進口濕空氣的溫度與速度、相對濕度、進口的靜壓值濕空氣的進口邊界條件為速度進口，出口邊界條件為壓力出口。水滴與換熱器壁發(fā)生彈性或者非彈性碰撞而反射，水滴碰到換熱器壁處發(fā)生逃逸，水滴被換熱器壁捕獲，此時水滴將在此邊界處完全蒸發(fā)模擬研究成果展示無噴水條件下模擬展示殘差收斂曲線速度分布云圖4噴水后模擬展示殘差收斂曲線濕空氣速度云圖礦井回風換熱器的優(yōu)化高度h的優(yōu)化改變高度h后空氣殘差收斂曲線改變高度h后的空氣速度云圖改變高度h后濕空氣殘差收斂曲線改變高度h后的濕空氣速度云圖外輪廓線半徑的優(yōu)化改變輪廓半徑后的濕空氣殘差收斂曲線改變輪廓半徑后的濕空氣速度云圖入口風速的優(yōu)化入口風速2.5m/s的濕空氣殘差收斂曲線入口風速2.5m/s的濕空氣速度云圖55工程總結與展望換熱器實驗小組結論礦井回風換熱器高度H=10m，外輪廓半徑=4m，入口風速為4—5m/s，水汽0.9—1.1時，換