大學(xué)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(tuán)隊(duì)：建筑工程學(xué)院--換熱器實(shí)驗(yàn)小組指導(dǎo)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(guó)家學(xué)生科技創(chuàng)新工程結(jié)題報(bào)告目錄工程研究的背景研究的內(nèi)容及意義研究的思路手段方法工程總結(jié)與展望換熱器實(shí)驗(yàn)小組工程研究成果展示礦井回風(fēng)廢熱利用技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀1直接接觸式熱濕交換研究現(xiàn)狀2模型試驗(yàn)研究現(xiàn)狀3回風(fēng)換熱器數(shù)值模擬現(xiàn)狀4工程研究的背景換熱器實(shí)驗(yàn)小組工程研究的背景21●環(huán)境污染嚴(yán)重，綠色節(jié)能刻不容緩●●響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排規(guī)劃的政策●煤礦回風(fēng)存在能源浪費(fèi)問(wèn)題換熱器實(shí)驗(yàn)小組研究大背景換熱器實(shí)驗(yàn)小組低溫?zé)崮芨邷責(zé)崮芙ㄖ膳毠は丛【卜纼鰺岜没厥障到y(tǒng)效率高系統(tǒng)節(jié)能、環(huán)保系統(tǒng)簡(jiǎn)潔、熱泵機(jī)組成熟，可靠性較高換熱器實(shí)驗(yàn)小組直接接觸式熱濕交換研究現(xiàn)狀國(guó)外國(guó)內(nèi)熱濕交換★雙膜理論★圓管內(nèi)氣液交換★濕空氣動(dòng)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(guān)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(yàn)研究現(xiàn)狀研究依據(jù)幾何相似運(yùn)動(dòng)相似動(dòng)力相似

回風(fēng)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(jì)算分析得出結(jié)論內(nèi)容一內(nèi)容二內(nèi)容三

換熱器實(shí)驗(yàn)小組依據(jù)現(xiàn)行普通風(fēng)速〔迎風(fēng)面風(fēng)速6m/s及以下〕礦井回風(fēng)換熱器的熱工性能、阻力特性、除塵效率進(jìn)行模型試驗(yàn)搭建，并提出試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案應(yīng)用fluent軟件采用DPM模型和多相流模型對(duì)溫度場(chǎng)、濕度場(chǎng)等進(jìn)行數(shù)值分析，計(jì)算出風(fēng)參數(shù)和換熱量礦井回風(fēng)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(nèi)容和意義研究的內(nèi)容換熱器實(shí)驗(yàn)小組研究的意義通過(guò)理論分析，模型試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬得出效率最高的換熱器模型①②通過(guò)模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的研究來(lái)指導(dǎo)實(shí)際生活中礦井廢熱的回收從而到達(dá)節(jié)能減排的目的3研究的思路手段和方法換熱器實(shí)驗(yàn)小組3理論研究與分析應(yīng)用fluent軟件分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，綜合分析，得出結(jié)論模型試驗(yàn)臺(tái)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(xué)建模熱濕交換效率熱交換系數(shù)模型試驗(yàn)臺(tái)制作模型試驗(yàn)臺(tái)制作方案圖示根本功能能在全年實(shí)現(xiàn)真實(shí)模擬礦井回風(fēng)換熱器熱濕處理過(guò)程可以對(duì)現(xiàn)行普通低速〔迎風(fēng)面風(fēng)速6m/s及以下〕礦井回風(fēng)換熱器熱工性能、阻力特性、除塵效率進(jìn)行檢測(cè)測(cè)試換熱斷面風(fēng)速在2-12m/s范圍內(nèi)可調(diào)，且可實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井回風(fēng)換熱器各項(xiàng)性能進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試123工藝組成測(cè)量控制系統(tǒng)換熱器測(cè)試段空氣預(yù)處理段冷熱源系統(tǒng)主要設(shè)備搭建過(guò)程展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案礦井回風(fēng)入口濕空氣初始干濕球溫度出風(fēng)口處的干濕球濕度測(cè)試和速度分布測(cè)試噴淋水的初終溫度的測(cè)試主要測(cè)試參數(shù)通過(guò)焓差分析和雙效率法分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置根本參數(shù)測(cè)試點(diǎn)布置圖出風(fēng)口回風(fēng)風(fēng)速、溫度測(cè)試點(diǎn)Fluent數(shù)值模擬計(jì)算數(shù)值模擬Fluent簡(jiǎn)介模型假設(shè)DPM模型湍流模型邊界條件Fluent簡(jiǎn)介模型假設(shè)回風(fēng)換熱器模型中流動(dòng)的的流體是具有粘性的非理想流體假設(shè)水和空氣的各項(xiàng)物性參數(shù)為常數(shù)，且氣流為不可壓縮的定常流動(dòng)流體的流動(dòng)假設(shè)為湍流流動(dòng)，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(zhì)，在歐拉坐標(biāo)系內(nèi)加以描述，對(duì)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(guò)積分拉氏坐標(biāo)系下的顆粒作用力微分方程來(lái)求解離散相顆粒的軌道，可以計(jì)算出這些顆粒的軌道以及由顆粒引起的熱量/質(zhì)量傳遞湍流模型介紹FLUENT為湍流計(jì)算提供了多種模型：Spalart-Allmaras、k-ε、SST、V2F、RSM、SAS、DES、LES等。礦井回風(fēng)換熱器使用k-ε模型。該模型的計(jì)算方程是在單方程的根底之上，引入了一個(gè)關(guān)于湍動(dòng)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(jì)算湍流黏性系數(shù)的方法不同；2、控制湍流擴(kuò)散的湍流動(dòng)能和耗散率的湍流Prandtl數(shù)不同；3、方程中的產(chǎn)生項(xiàng)和消耗項(xiàng)關(guān)系不同。邊界條件010203進(jìn)口濕空氣的溫度與速度、相對(duì)濕度、進(jìn)口的靜壓值濕空氣的進(jìn)口邊界條件為速度進(jìn)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(shí)水滴將在此邊界處完全蒸發(fā)模擬研究成果展示無(wú)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(fēng)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(fēng)速的優(yōu)化入口風(fēng)速2.5m/s的濕空氣殘差收斂曲線入口風(fēng)速2.5m/s的濕空氣速度云圖55工程總結(jié)與展望換熱器實(shí)驗(yàn)小組結(jié)論礦井回風(fēng)換熱器高度H=10m，外輪廓半徑=4m，入口風(fēng)速為4—5m/s，水汽0.9—1.1時(shí)，換