伴随有水蒸气凝结的烟气受迫对流换热过程研究

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混合气体烟气翅片管外凝结换热研究

混合气体烟气翅片管外凝结换热研究

中文摘要凝结是自然界和工业过程中最常见的传热方式之一。

利用冷凝回收装置对烟气余热进行回收,对于节约能源和保护环境具有现实和长意义。

为了考察烟气在翅片管外的凝结换热特性,论文分析了天然气燃烧的特点,对燃烧产物中水蒸气的数量进行了分析计算。

主要以天然气燃烧产生的烟气作为实验气体,分别从烟气的进出口温度、冷却水管壁面温度、烟气流速及不凝性气体的含量四个方面进行实验,通过对管束的实验观测,及对实验数据的处理分析,得出了水蒸气质量分数在10%-23%之间的湿烟气在翅片管外的凝结特点。

实验结果表明:烟气进口温度和冷却水管壁面温度的增加都对潜热换热起到了抑制的作用;烟气流速增加,增强了换热,水蒸气的凝结率降低。

不凝性气体质量分数的增加,虽增加了水蒸气的凝结率,但换热强度减弱了。

翅片管对换热起到了强化作用。

关键词:湿烟气强化传热翅片管管外凝结换热ABSTRACTCondensation is one of the most common heat transfer mode in natural and Industrial process. The recovery of waste heat is important for cons- erving the energy and protecting environment.In order to investigate the condensation of gas out of fin tubes, the char- acteristics of natural gas combustion and the calculation of quantity of the vapor are studied in this paper. Vapor and air are added into the system to change the velocity of the flow and the mass friction of the vapor in the ex- periments. The effects of flue gas velocity, flue gas temperature, entry tem- perature of cooling water and non-condensable gas co- ntent on convective condensation heat transfer are studied experimentally. The effect of fin on condensation is investigated in the experiments.The condensation is divided into two parts: the condensation on the side- wall of the fins and on the tube surface between the fins.The results show that: increases of flue gas inlet temperature and the co- oling pipe wall temperature go against the latent heat exchanger. With increasing of flue gas flow rate , heat transfer is enhanced , but water vapor condensation rate is reduced.The opposite conclusion is rea- ched by increasing mass fraction of Non-conden sable gas.Heat transfer is strengthen by using fin tube.Key words:Wet flue gas heat transfer enhancement Fin tubeCondensation heat transfer outside tube目录中文摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.1.1各类燃料燃烧特点 (1)1.1.2强化传热技术 (2)1.1.3凝结及烟气余热回收 (5)1.2管外凝结换热的研究现状 (8)1.2.1 理论研究 (9)1.2.2 实验研究 (10)1.3本论文主要工作和研究思路 (11)1.3.1论文主要研究内容 (11)1.3.2主要研究方案 (12)第2章实验系统 (14)2.1实验系统组成 (14)2.1.1实验仪器 (14)2.1.2系统结构 (15)2.2实验测量系统 (18)2.3实验前准备工作 (24)2.4实验方法 (25)第3章实验数据处理 (27)3.1参数确定 (27)3.2实验点的选择 (28)3.3实验误差分析 (29)3.4小结 (34)第4章凝结换热的影响因素分析 (35)4.1烟气流速的影响 (35)4.2烟气进出口温度的影响 (38)4.3冷却水进出口温度的影响 (41)4.4不凝性气体质量分数的影响 (44)4.5采用翅片管对凝结换热的影响 (47)4.5小结 (50)第5章结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)第1章绪论1.1研究背景及意义1.1.1各类燃料燃烧特点自然界中可供工业生产使用的燃料资源主要是煤、石油和天然气。

蒸汽伴热流程-概述说明以及解释

蒸汽伴热流程-概述说明以及解释

蒸汽伴热流程-概述说明以及解释1.引言1.1 概述蒸汽伴热流程是一种常见的能量利用方式,通常用于工业生产过程中。

它利用蒸汽的高温、高压特性,通过与其他介质进行热交换,提供热能给被加热介质。

这种流程在各个行业中广泛应用,包括化工、石油、电力等领域。

蒸汽伴热流程的核心原理是蒸汽与被加热介质之间的热交换。

在这个过程中,蒸汽通过加热器或热交换器与被加热介质接触,将其中的热能传递给被加热介质。

通过这种方式,被加热介质的温度得以提高,以满足工业生产中的需要。

蒸汽作为一种理想的热能载体具有很多优点。

首先,蒸汽的高温、高压特性使其能够提供大量的热能。

其次,蒸汽可以方便地通过管道输送到不同的生产设备,使得能量的输送更加高效。

此外,蒸汽的使用还能够实现能源的综合利用,提高能源的利用效率。

蒸汽伴热流程在工业生产中扮演着重要的角色。

它被广泛应用于加热各种流体介质、加热反应釜、蒸馏塔等生产设备中。

通过蒸汽伴热流程,不仅可以提高生产过程中的能量利用效率,还可以减少能源的消耗和环境的污染。

在本文接下来的部分,我们将详细探讨蒸汽伴热流程的实施步骤、关键设备和注意事项。

我们将介绍蒸汽的获取方式,以及蒸汽伴热系统的设计和运行原理。

此外,我们还将探讨如何选取合适的热交换器和加热设备,以及如何对蒸汽伴热流程进行控制和维护。

通过本文的研究,我们期望能够更深入地了解蒸汽伴热流程,为工业生产中的能量利用提供有效的解决方案,并促进工业生产的可持续发展。

1.2文章结构文章结构的主要目的是提供一个清晰的框架,帮助读者更好地理解并组织文章的内容。

在本篇文章中,我们将按照以下结构来展开对蒸汽伴热流程的讨论:1. 引言1.1 概述在这一部分,我们将介绍蒸汽伴热流程的基本概念和定义。

我们将解释什么是蒸汽伴热流程,为什么它在工业领域中至关重要,以及它的应用范围。

1.2 文章结构在这一部分,我们将提供整篇文章的结构和内容概述。

读者将了解到本文将围绕着三个核心要点展开讨论,并对每个要点进行详细的阐述。

锅炉烟气中水蒸气的冷凝机理及特性

锅炉烟气中水蒸气的冷凝机理及特性

锅炉烟气中水蒸气的冷凝机理及特性
天然气的主要成分是,在燃烧过程中会产生H2O,烟气中的水分还包括天然气和空气中带入的水分,因此,燃气锅炉烟气中水蒸气的容积百分比可高达15% ~19% 。

当烟气温度低于烟气露点温度时水蒸气便会凝。

烟气露点主要包括酸露点和水露点,如果不考虑烟气中的酸性气体,水露点主要取决于水蒸气在烟气中的分压力,通常情况下该温度低于60 ℃。

然而,天然气中主要成分为CH4,且几乎不含S,且燃烧后的烟气中含有CO2、N Ox,这使得烟气露点温度远高于水露点。

二氧化碳和氮氧化物与水反应,会生成亚盐、盐、碳酸盐和酸。

因此,当锅炉烟气温度低于露点温度或受热面壁温低于烟气露点温度时,烟气中水蒸气就会产生冷凝,或在受热面壁面凝结。

上海理工大学曹丽丽团队通过实验研究发现,冷凝水量与排烟温度、进水温度、过量空气系数成反比,而且与换热面的结构密切相关,如节能器采用翅片管式结构,冷凝水量将大幅减少。

卧式内燃锅炉多为热功率较小的锅炉,该炉型燃烧主要在炉胆内,对流换热部分有烟管、节能器等,冷凝水容易在温度相对较低的第三回程烟管、后管板、尾部烟道、节能器、冷凝器等部位产生,容易因疏水不及时在前、后烟箱部位淤积,而双锅筒室燃炉,多为热功率较大的中
大型锅炉,燃烧在水冷壁围绕的炉膛内进行,冷凝水主要在对流管束区域和尾部节能器部位产生!。

多排气雾冲击射流换热过程的试验研究

多排气雾冲击射流换热过程的试验研究
气冷却 , 有效 地 强化 镀 后冷 却 。 能 关 键词 : 多排 气雾射 流 ;射 流换 热 ;镀后 冷 却 中图分 类 号 : K 2 文献 标 志码 : 文 章编 号 :0 8— 7 6 2 1 ) 3—0 4 0 T 14 B 10 0 1 (0 1 0 0 5— 5
d i1 .9 9 ji n 10 0 1 .0 1 0 . 1 o :0 3 6 /.s . 0 8— 7 6 2 1 .3 0 0 s
I s as 0 n h tt e wa e o r t s a g e ti ti lo fu d t a h trf w ae ha r a mpa to h e tta se o f ce t l c n t e h a r n frc e i n .W he h i n te wa e o r t a g sfo 0. 6 m o 1 5 /h.a n r a e o h ae wi r d c ih r trf w a e r n e r m 9 /h t . 9 m l n i c e s ft e r t l p o u e a hg e l
摘要 : 气雾 冷却 是 带钢 连 续镀锌 后 的一 种 强化 冷 却 方 式 。气 雾 冷却 装 置 的设 计 和 运 行 的 关键 是 掌握 气 雾换 热 系数 。采 用试验 方 法研 究 了多排 气雾射 流冷 却 高温钢 板 的换 热 系数 , 考
察 了喷气流量和喷水流量对换热系数 的影响。试验结果表 明: 喷气流量对气雾换热 系数影响
21 0 1年第 3期 驴 驴 驴 《 分 》 《 《 驴 驴 》 》 析 与




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多排气雾冲击射流换热过程 的试验研究

混合气体水平管外对流冷凝换热机理研究的开题报告

混合气体水平管外对流冷凝换热机理研究的开题报告

混合气体水平管外对流冷凝换热机理研究的开题报

一、选题背景和意义:
工程应用领域中有大量的混合气体的流动和传热过程,例如燃烧、化工等领域。

在这些过程中,混合气体的流动和传热特性对于工艺的控制和优化具有重要的影响。

水平管外对流冷凝是一种常见的换热方式,其应用范围广泛,例如空调、冷冻设备等领域。

对于混合气体水平管外对流冷凝换热机理的研究,可以为混合气体传热领域提供参考和借鉴,为相关工程应用提供更加精准和有效的传热模型和参数。

因此,对混合气体水平管外对流冷凝换热机理开展研究具有重要的理论和应用价值。

二、研究内容和方法:
1.研究内容:
本文将主要研究混合气体水平管外对流冷凝换热的机理,包括混合气体传热特性、水平管外对流冷凝换热的过程和机理、换热传递规律等方面。

2.研究方法:
本文将采取理论分析和实验验证相结合的方法进行研究。

首先,通过对混合气体传热机理进行理论分析和计算,得出相关换热参数和传递规律。

其次,采用实验方法验证理论分析的结果,比较实验数据和理论计算的结果,最终得出混合气体水平管外对流冷凝换热的传热特性和机理。

三、研究进展和预期结果:
本项目目前已经开始进行理论分析和相关实验的准备工作。

研究预期将能够得出混合气体水平管外对流冷凝换热的传热特性和机理,并将结果应用于相关工程领域,为工艺优化和设备设计提供指导。

总之,本项研究具有一定的理论和应用意义,预期将为混合气体传热领域的发展做出一定贡献。

多通道烘缸水平通道内蒸汽凝结换热的研究

多通道烘缸水平通道内蒸汽凝结换热的研究

《中国造纸》2021年第40卷第3期·多通道烘缸凝结换热·多通道烘缸水平通道内蒸汽凝结换热的研究乔丽洁1董继先1,*杨琸之2刘欢1王莎1董岩1(1.陕西科技大学机电工程学院,陕西西安,710021;2.中国民用航空飞行学院飞行技术学院,四川广汉,618307)摘要:多通道烘缸是解决纸张干燥能耗较高问题的优化方案之一,蒸汽凝结换热是其通道内热量传递的重要途径。

本研究对不同凝结条件下多通道烘缸水平矩形通道内的蒸汽凝结换热系数的变化进行了分析。

结果表明,蒸汽凝结换热系数随着蒸汽质量通量和冷却水雷诺数的增加而增加,但凝结水换热系数会随冷却水雷诺数的增加而发生波动;通过增加蒸汽质量通量可以实现水平通道内更好的换热性能,当蒸汽质量通量设为24kg/(m 2·s)时可以避免过度的两相流压力降。

采用现有凝结换热关联式对凝结换热系数进行计算,并与实验值进行对比,发现Shah(1979)关联式对多通道烘缸水平通道内的蒸汽凝结换热系数具有较好的预测能力。

关键词:纸张干燥;多通道烘缸;水平矩形通道;凝结换热关联式;凝结换热系数中图分类号:TS734;TK124文献标识码:ADOI :10.11980/j.issn.0254-508X.2021.03.008Heat Transfer of Steam Condensation in the Horizontal Channel of Multi-channel DryerQIAO Lijie 1DONG Jixian 1,*YANG Zhuozhi 2LIU Huan 1WANG Sha 1DONG Yan 1(1.College of Mechanical and Electrical Engineering ,Shaanxi University of Science &Technology ,Xi ’an ,Shaanxi Province ,710021;2.College of Flight Technology ,Civil Aviation Flight University of China ,Guanghan ,Sichuan Province ,618307)(*E -mail :djx@ )Abstract :In this paper ,the change of condensation heat transfer coefficients in the horizontal rectangular channel of a multi -channel cylin⁃der dryer under different condensation conditions was analysed.The results showed that the condensation heat transfer coefficient increased with the increase of steam mass flux and the Reynolds number of cooling water.However ,there was a fluctuation of the condensation heat transfer coefficient with the increase of the Reynolds number of cooling water.A better heat transfer performance could be achieved by in⁃creasing the steam mass flux ,meanwhile ,excessive pressure drop of two -phase flow could be avoided by setting the steam mass flux of 24kg/(m 2∙s ).It was found that the Shah (1979)correlation had a better predictability for the steam condensation heat transfer coefficient in the horizontal channel of the multi -channel dryer through comparing the experimental value and the calculated value of the condensation heat transfer coefficient calculated by the existing condensation heat transfer correlation.Key words :paper drying ;multi -channel cylinder dryer ;horizontal rectangular channel ;condensation correlation ;condensation heattransfer coefficient传统烘缸干燥纸张的热量主要来源是蒸汽凝结释放的大量潜热,但烘缸内部蒸汽凝结水的积聚是阻碍热量有效传递的重要问题之一。

蒸汽冷凝过程中传热传质机理分析

蒸汽冷凝过程中传热传质机理分析

蒸汽冷凝过程中传热传质机理分析随着科技的不断发展,蒸汽作为一种常见的动力源在各行各业中得到了广泛的应用。

蒸汽的产生需要通过吸收热量来实现,而蒸汽的冷凝则需要通过放出热量来实现。

因此,蒸汽的冷凝过程是一种重要的传热传质过程。

本文将对蒸汽冷凝过程中的传热传质机理进行深入的探讨。

一、蒸汽冷凝的过程及其特点蒸汽冷凝即是指高温高压下的蒸汽经过一定的降温压力处理之后,发生气相到液相的相变过程,是一种自然界中常见的现象。

在工业生产中,蒸汽冷凝广泛应用于各种冷凝器中,以实现热量的转移和利用。

蒸汽冷凝的过程一般分为三个阶段,即初期快速冷凝阶段、中期常速凝结阶段和末期缓慢凝结阶段。

这三个阶段的特点如下:1. 初期快速冷凝阶段:在这个阶段中,高温高压下的蒸汽在冷凝器的冷却作用下,迅速冷却到其饱和温度以下,接近于饱和状态,此时冷凝速度非常快,很大一部分蒸汽被迅速冷凝成水,并释放出大量的热量。

2. 中期常速凝结阶段:在这个阶段中,蒸汽的温度和压力继续下降,但是此时的冷凝速度却明显变慢,呈现出一个相对稳定的状态。

此时的蒸汽主要是通过界面传热的方式释放热量,逐渐形成较厚的液膜层。

3. 末期缓慢凝结阶段:在这个阶段中,蒸汽的温度和压力进一步下降,冷凝速度变得更加缓慢,蒸汽中的水分子只能以极慢的速度通过液膜扩散进入冷凝器内部。

二、蒸汽冷凝过程中的传热传质机理蒸汽冷凝过程中的传热传质机理主要分为两个方面,即热力学和动力学。

1. 热力学方面蒸汽冷凝涉及到热力学方面的过程,其中蒸汽的温度、压力和比焓等物理量都会对传热传质过程产生影响。

在冷凝过程中,蒸汽向冷凝器内部释放的热量主要分为两部分,一部分用于墨液层的升温,一部分用于液膜的蒸发。

当蒸汽中的水分子到达冷凝器内部时,会与冷凝器中的水分子发生碰撞,从而释放出能量,这种过程被称为热传递。

2. 动力学方面蒸汽冷凝涉及到动力学方面的过程,其中冷凝器几何形状、流速和分布式位移等因素都会对传热传质过程产生影响。

新型复合防腐表面烟气对流凝结换热实验研究

新型复合防腐表面烟气对流凝结换热实验研究
A b t a t Th n e sfc to ffu sc nv c in —c n n ain he tta se nd c ro in prt cin o a r n - s r c : e it n i ain o ega o e to i l o de s to a r n f ra or so o e to fhe tta s
L U n k W ANG u —i ,P I Mi — e, S il n AN h — u n , HIYo g z e g S uy a S n —h n
( e i n esyo iiE gneiga dA c i c r ,B in 0 0 4 C i ) B in U i r t f v n ier n rht t e e ig1 0 4 , hn j g v i C l n eu j a
摘 要: 烟气对流凝结换热强化 和换热表 面防腐是 天然气 热能动力 设备 烟气余 热 回收利
用关键技术。不同防腐 表面耐腐蚀性 能不 同 , 且换热性 能也不 同。采用 C D高速摄 像仪 , C 对烟 气在新型复合防腐 表面上的凝结 形态 和凝结过程进行 了可视化 观测 和换热实验 研究 , 用对 图 采 像边缘提取法 , 获得凝结液的边缘 曲线 。研 究表 明 , 气在新 型复合 防腐表面 上的凝结 为珠状 烟 凝结 , 凝结液珠最大粒径为 0 2— .8a 与其他表面形 成的膜状凝结 相 比, . 0 2 m, 在实验范 围内 , 珠 状凝结换热可提高约 7倍 考和依据 。

研 究与开 发 ・
新型 复合 防腐表 面烟气 对 流凝结 换热 实验 研究
文章 编 号 : 0 —74 2 1 )30 - 1 487 (0 2 0 -1 6 0 0
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伴随有水蒸气凝结的烟气受迫对流换热过程研究
【摘要】对塔板式换热器和肋片式换热器的试验研究结果表明,有水蒸气凝结时的烟气对流换热系数远大于无凝结时换热系数。

在冷凝式换热器中,塔板式换热器的换热系数大于肋片式换热器的换热系数。

【关键词】对流显热换热;冷凝潜热换热;不凝气体
燃烧产物烟气在换热器中与壁面的换热过程是混合气体向壁面的传热过程,当换热器表面温度低于或等于烟气的露点温度时,会有部分水蒸气冷凝下来放出潜热。

此过程由两个部分构成:一部分是冷凝气体的潜热传递,另一部分是不凝气体的显热传递。

烟气的冷却及其所含水蒸气冷凝过程与烟气温度、壁面温度、烟气的组分及过量空气系数大小等因素有关,这其中对冷凝换热系数影响最大的当属烟气中水蒸气的含量。

本文将通过实验来研究影响冷凝换热系数的因素
1.实验装置
实验采用的系统如图1所示。

T为热电偶。

天然气经表9计量后与经过表10计量的空气在燃烧器4的混合室中充分混合,再流过燃烧器陶瓷板的小孔进行燃烧。

烟气上升先经过一级换热器1与冷却水进行热交换,放出大部分热量,温度从900℃~1100℃降至100℃左右。

烟气接着流经二级换热器2,在二级换热器上进行冷却、冷凝换热,凝结液落入下面的收集盘中,再经底部导管流入烧杯12以便测量。

冷却水分别通过两个换热器与烟气换热,水流量由阀门7控制,换热后的水流入水槽8中,最后用电子天平称重来测量流量。

预热器5与双眼燃气灶6用于预热二级换热器的冷却水,以实现各种不同入口水温下的实验工况。

实验使用红外陶瓷板燃烧器,最大热负荷为10KW。

在保证完全燃烧的前提下尽量降低燃烧过剩空气系数,以获得较高的水蒸气分压,增强烟气中水蒸气的凝结。

为了研究换热器的结构对传热过程的影响,分别采用了两种类型的二级换热器(冷凝换热器)进行了冷凝换热测试研究,一类是塔板式换热器(简称M型换热器),另一类是板式肋片换热器。

共进行两种板式肋片换热器的测试,一种为单排管(简称YS型换热器),另一种是双排管(简称HD型换热器)。

实验用换热器的结构分别如图2、图3、图4所示。

水路系统的流量控制通过旋塞完成,并在水路中安装了浮子流量计用以直观地指示流量。

二级换热器要进行变水温工况的实验研究,用水温度的调节靠水量调节阀前的预热装置实现,水温的高低由燃气灶的燃气阀来调节。

燃烧器的热负荷调节由燃烧器供气系统中各自管路上的阀门来调节完成。

2.实验结果及分析
图5为有水蒸气冷凝的烟气对流换热系数与纯水蒸气和含少量不凝性气体的凝结换热对比。

当蒸汽中含有少量不凝性气体(如空气)时,在靠近液膜表面的蒸汽侧,随着蒸汽的凝结,蒸汽分压力减小而不凝性气体的分压力增大。

蒸汽在抵达液膜表面进行凝结前,必须以扩散方式穿过积聚在界面附近的气体层。

因此不凝性气体层的存在增加了传递过程的阻力。

同时蒸汽分压力的下降,使相应的饱和温度下降,减小了凝结的驱动势,削弱了凝结过程,极大地降低了表面传热系数。

由图可知,蒸汽中含少量不凝性气体时,换热系数h对不凝性气体的含量非常敏感,h值的大小主要与不凝性气体的含量有关,换热机理与纯蒸汽凝结换热相近。

当混合气体中不凝性气体达到80%以上时(烟气属于这种情况),换热系数就已经降的很低,凝结的潜热换热量与对流的显热换热量已在同一数量级上。

图6为有水蒸气凝结时烟气换热与单相对流换热的比较。

冷凝的发生使得显热的换热强度有微小程度的提高,分析认为这是由于冷凝的发生影响了空气和水蒸气混合气体的速度分布,冷凝液膜的波动,或者液滴滴落在翅片上都会使边界层发生扰动,加剧边界层发生掺混和紊乱,从而使得显热换热强度得到提高。

由图可见,烟气冷凝换热时的换热系数是其纯对流换热系数的2~3倍,高者可达4倍以上,由此说明水蒸气凝结换热可明显地增强烟气的换热强度。

3.结论
对烟气在三种换热器中伴随水蒸气凝结的受迫对流换热规律进行了系统的实验研究,得出如下结论:
⑴当烟气中水蒸气含量不足20%时,伴随凝结的对流换热系数比纯蒸汽凝结换热系数低数十倍,而与无凝结时气体对流换热系数处于同一数量级。

⑵伴随凝结的对流换热系数与烟气中的水蒸气分压力有关,分压力越大,换热系数越大。

⑶伴随凝结的烟气对流换热系数为相同工况下无凝结时烟气对流换热系数的2~3倍,有时达4倍。

⑷冷凝换热以潜热换热为主,提高烟气流动雷诺数有利于冷凝换热,而增大翅片间距不利于冷凝换热。

因此应采用紧凑换热器。

⑸塔板式换热器的换热系数大于肋片式换热器的换热系数。

⑹当水蒸气的含量较高时,烟气的流速是影响换热的主要因素;而当水蒸气的含量不大,而不凝气体的含量较高时,则水蒸气含量是影响换热的主要因素。

参考文献:
[1]车得福。

冷凝式锅炉及其系统。

北京:机械工业出版社,2002。

[2]车得福。

烟气热能梯级利用。

北京:化学工业出版社,2006。

[3]过增元。

场协同原理与强化传热新技术。

北京:中国电力出版社,2004。

[4]史美中。

热交换器原理与设计。

南京:东南大学出版社,2003。

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