Повышение эффективности роторных утилизаторов теплоты в системах кондиционирования воздуха тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.03, кандидат технических наук Лебедев, Виталий Валерьевич

• Лебедев, Виталий Валерьевич
• кандидат технических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лебедев, Виталий Валерьевич

Обозначения

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы. Постановка задачи исследования

1.1. Обзор конструкций утилизаторов теплоты

1.2. Особенности вращающихся регенеративных 12 теплоутилизаторов

1.3. Тепло и массообмен во вращающихся регенеративных 18 теплоутилизаторах

1.4. Существующие методики расчета вращающихся 20 регенеративных теплоутилизаторов

1.5. Выводы: цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. Теоретическое исследование

2.1. Модель тепловых процессов вращающегося регенеративного 36 тепл оу тилизатор а

2.2. Методика определения среднего коэффициента теплоотдачи

2.3. Расчет эффективности вращающегося регенеративного 41 теплоутилизатора

2.4. Расчет потерь давления во вращающемся регенеративном 44 теплоутилизаторе

ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование противоточного вращающегося регенеративного теплоутилизатора

3.1. Экспериментальное исследование тепловых процессов и 53 гидродинамических характеристик противоточного вращающегося регенеративного теплоутилизатора

3.1.1. Стенд для экспериментального исследования вращающегося 53 регенеративного теплоутилизатора

3.1.2. Информационно - измерительный комплекс

3.1.3. Расчет погрешности измерений

3.2. Результаты экспериментального исследования вращающегося регенеративного теплоутилизатора

3.3. Сопоставление результатов расчета и опытных данных

Глава 4. Расчетное исследование геометрических параметров насадки вращающегося регенеративного теплоутилизатора

4.1. Методика расчета вращающегося регенеративного теплоутилизатора

4.2. Исследование влияния геометрических параметров насадки вращающегося регенеративного теплоутилизатора

4.2.1. Исследование влияния глубины насадки

4.2.2. Исследование влияния высоты канала и толщины фольги

4.2.3. Исследование влияния геометрии насадки вращающегося регенеративного теплоутилизатора

4.2.4. Исследование влияния материала насадки вращающегося регенеративного теплоутилизатора на термическую эффективность

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности роторных утилизаторов теплоты в системах кондиционирования воздуха»

Регенеративные теплообменники нашли широкое применение в системах жизнеобеспечения, газотурбинных, котельных и других высокотемпературных промышленных установках. Данные теплообменники используются для охлаждения и нагрева газов, увлажнения и осушения газов, утилизации теплоты высокопотенциальных теплоносителей.

На сегодняшний день возрастающее энергопотребление и повышение цен на энергоносители делает задачу энергосбережения все более актуальной и сопоставимой по своей значимости с добычей основных источников энергии. Это в свою очередь требует проведения масштабной энергосберегающей политики при создании современных инженерных сооружений — жилых, коммерческих и промышленных объектов в равной степени.

Энергоемкость обычных вентиляционных систем в среднем составляет 50-80% от общей энергоемкости инженерных систем объекта, на котором они эксплуатируются.

Существует несколько направлений снижения энергоемкости систем жизнеобеспечения. Одним из основных является использование вторичных энергетических ресурсов, таких как утилизация энергии удаляемого из помещения воздуха. В современных системах вентиляции такая задача решается путем использования воздухо-воздушных теплообменников различных конструктивных исполнений. Использование таких теплообменников позволяет снизить расход теплоты в системах вентиляции до 60% при сравнительно невысоких капитальных вложениях.

Проблеме утилизации энергии вентиляционных выбросов в настоящее время уделяется большое внимание. При решении проблемы использования тепловой энергии, совершенствовании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха необходимо уделить внимание расчету, оптимизации и повышению эффективности теплообменных аппаратов.

На настоящем этапе следует провести исследование теплообмена, протекающего в аппаратах систем вентиляции и кондиционирования, получить данные, которые позволят дать рекомендации по повышению эффективности и совершенствованию существующих и создания новых конструкций теплообменников.

Заключение диссертации по теме «Машины и аппараты, процессы холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения», Лебедев, Виталий Валерьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Создан и отлажен экспериментальный стенд для исследования тепломассообменных процессов и аэродинамических характеристик вращающихся регенеративных теплоутилизаторов. Разработана методика проведения экспериментального исследования вращающихся регенеративных теплоутилизаторов.

2. Проведено экспериментальное исследование вращающегося регенеративного теплоутилизатора. Получены данные позволяющие оценить термическую эффективность и потерю давления вращающегося регенеративного теплоутилизатора. Получены значения средних коэффициентов теплоотдачи.

3. Разработана уточненная методика теплового расчета вращающегося регенеративного теплоутилизатора на основе NTU - метода адаптированная для конкретного типоразмерного ряда с учетом полученных опытных данных. Сопоставление результатов расчета по полученной методике и экспериментальных данных показало их хорошее согласование между собой, расхождение не превышает 8%.

4. Разработана уточненная методика расчета потери давления во вращающемся регенеративном теплоутилизаторе с учетом начального гидродинамического участка, потери давления на входе в насадку и выходе из насадки. Сопоставление расчетных и опытных данных выявило хорошее согласование теории и эксперимента, расхождение не превышает 1,5%. Разработанная методика имеет универсальный характер для конструктивных решений насадки с различным профилем канала.

5. Получены функциональные зависимости термической эффективности, потери давления и площади поверхности теплообмена от геометрии и габаритов теплообменной насадки, расхода потоков воздуха по результатам проведенного расчетного исследования. Установлена зависимость термической эффективности вращающегося регенеративного теплоутилизатора от теплофизических свойств материала насадки.

6. Выданы рекомендации по конструктивному совершенствованию и повышению эффективности вращающихся регенеративных теплоутилизаторов.

ИЗ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лебедев, Виталий Валерьевич, 2009 год

1. Ануфриев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. Т. 1. 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И. Н. Жестковой. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.

2. Баранников Н.М., Аронов Е.В. Расчет установок и теплообменников для утилизации вторичных энергетических ресурсов— Красноярск, 1992 — 360 с.

3. Баркалов Б.В., Карпис Е.Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. /Издание 2-е, перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1982, с.305.

4. Белоногов Н.В. Пути совершенствования пластинчатых перекрестноточных рекуперативных теплообменников. //Автореферат диссертации на соискание уч. степ. канд. тех. наук. — Санкт-Петербург, 2005. 16 с.

5. Белоногов Н.В., Пронин В.А. Расчет эффективности перекрестноточных пластинчатых теплообменников.// Вестник МАХ, 2004, №4, с. 12-15.

6. Битюков В.А. Энергосбережение в системах вентиляции. Курск.: Курский гос. техн. ун-т, 2005. - 130 с.

7. Богословский В.Н., Поз М.Я. Теплофизика аппаратов утилизации тепла систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. — М.: Стройиздат, 1983. 320 с.

8. Быстров В.П., Ефимов A.JL, Корзакова М.В., Соснер В.И. Утилизация тепла вытяжного воздуха с помощью рекуперативных теплообменников типа воздух-воздух. Водоснабжение и санитарная техника, 1981, №3, с. 10-12.

9. Ватин Н.И., Смотракова М.В. Технико-экономическое обоснование применения систем вентиляции с роторной рекуперацией тепла: Учебно-методическое пособие. СПб.: СПбГПУ, 2003. - 75 с.

10. Грановский В.JI. Тепломассообмен в регенеративных вращающихся сорбирующих и несорбирующих теплоутилизаторов систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Автореферат диссертации на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. М., 1983. - 17 с.

11. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988. —304 с.

12. Динцин В.А. Единый подход к инженерному теплотехническому расчету противоточных (прямоточных) теплоутилизаторов различных типов. В кн.: Кондиционеростроение. Выпуск 14. ВНИИКондиционер. Харьков, 1985, с. 12-22.

13. Динцин В.А., Владимиров В.И., Розенштейн ИЛ. К расчету тепломассообмена во вращающихся регенеративных теплоутилизаторах. В кн.: Повышение энергетической эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха. ЛДНТП, Л.: 1987, с. 80 - 86.

14. Динцин В.А., Розенштейн ИЛ. Особенности тепломассобмена в условиях инееобразования на теплопередающей поверхности теплоутилизаторов. В кн.: Кондиционеростроение. Выпуск 14. ВНИИКондиционер. Харьков, 1986, с. 7 - 15.

15. Зиновьев В.Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах. Справ, изд. М.: Металлургия, 1989. -384 с.

16. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. -3-е изд., перераб. и доп. М: Машиностроение, 1992. - 672 с.

17. Ильин В.П. Исследование тепло и массообмена во вращающихся регенеративных теплообменниках систем вентиляции и кондиционированиявоздуха. Автореферат диссертации на соискания уч. степ. канд. техн. наук.-М., 1968,-26 с.

18. Ильин В.П. Проектирование и эксплуатация вентиляционных систем с вращающимися регенераторами. В кн.: Кондиционеростроение. Выпуск 14. ВНИИКондиционер. Харьков, 1985, с. 37-43.

19. Ильин В.П. Рекомендации по проектированию систем вентиляции и кондиционирования воздуха с вращающимися регенераторами. -ТашЗНИИЭП, 1982,- 97 с.

20. Ильин В.П. Сопоставление тепловой эффективности регенеративных и рекуперативных теплообменников для систем кондиционирования воздуха. — В кн.: Вентиляция и кондиционирование воздуха. Сб. №6. РПИ, Рига, 1973, с. 35 37.

21. Ильин В.П., Креслинь А.Я. Вращающиеся тепло — и массообменные аппараты для систем вентиляции и кондиционирования воздуха. //Водоснабжение и санитарная техника, 1972, №10, с. 35-37.

22. Ильин В.П., Шапошников Н.К. Теоретические и экспериментальные исследования процессов обмерзания во вращающихся регенераторах. В кн.: Вентиляция и кондиционирование воздуха промышленных и сельскохозяйственных зданий. Рига, РПИ. Сб. №19, 1987.

23. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. — М.: Энергия, 1977. 240 с.

24. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973. 470 с.

25. Карпис Е.Е. Повышение эффективности работы систем кондиционирования воздуха. М.: Стройиздат, 1977, с. 26-28.

26. Карпис Е.Е. Энергосбережение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: Наука, 1990. — 86 с.

27. Карпис Е.Е., Ильин В.П. Исследование и расчет вращающихся регенеративных теплообменников для систем кондиционирования воздуха ивентиляции. В кн.: Исследование, расчет, проектирование санитарно-технических систем, вып. 2-М.: 1979, с. 21-34.

28. Карпис Е.Е., Поз М.Я., Грановский B.JL Работа регенераторов в условиях инееобразования. //Водоснабжение и санитарная техника, 1986, №1, с. 10-12.

29. Кигур Ю.Н., Славинский К.С. Результаты промышленных испытаний вращающегося регенеративного теплообменника в системе приточно-вытяжной вентиляции. В кн.: Вентиляция и кондиционирование воздуха. Рига, РПИ. Сб. №8, 1975.

30. Клаассен Клаас Б. Основы измерений. Датчики и электронные приборы, 3-е изд: Пер. с англ. / К. Б. Клаассен. — Долгопрудный: Интеллект, 2008. —350 с.

31. Котенко В.Д., Кирейцев А.В. Численный метод расчета регенераторов для систем кондиционирования воздуха. //Водоснабжение и санитарная техника, 1980, №3, с. 13 14.

32. Кулагин С.М., Власов А.Е. Утилизация теплоты в системах вентиляции. Иваново: Иван. гос. архитектур.- строит, акад., 1996. - 116 с.

33. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена- Новосибирск.: наука, 1970.-659 с.

34. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие М.: Энергоатомиздат, 1990 - 367 с.

35. Кэйс В.М., Лондон A.JL Компактные теплообменники. М.: Энергия, 1967.-223 с.

36. Лебедев В.В., Пронин В.А. Инженерная методика расчета потерь давления в рабочей части вращающегося регенеративного теплоутилизатора. //Вестник МАХ, 2009, №3, с. 27-29.

37. Лебедев В.В., Пронин В.А., Акулыпин Ю.Д. Экспериментальная установка для исследования работы вращающихся регенеративных теплоутилизаторов (III Международная научно техническая конференция

38. Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке»). Санкт-Петербург: СПбГУНиПТ, 2007, с. 167 172.

39. Лебедев П.Д. Теплообменные, сушильные и холодильные установки. М.: Энергия, 1972.

40. Левшина Е.С., Новицкий П.В. Электрические измерения физических величин. Измерительные преобразователи. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1983 - 320с.

41. Маргелов А. Датчики влажности компании Honeywell. //Chipnews, 2005, №9, с. 40-42.

42. Маргелов А. Датчики расхода газа компании Honeywell. //Chipnews, 2005, №10, с. 45 48.

43. Маргелов А. Платиновые датчики температуры компании Honeywell. //Chipnews, 2006, №7, с.50 53.

44. Мигай В.К. Гидравлическое сопротивление треугольных каналов в ламинарном потоке.//Изв. Вузов. Энергетика, 1963, №5.

45. Мигай В.К. Исследование теплоотдачи и гидравлического сопротивления поверхностей нагрева вращающихся регенераторов. Автореферат диссертации на соиск. учен. степ. канд. техн. наук. Л., 1959.

46. Мигай В.К., Назаренко B.C., Новожилов И.Ф., Добряков Т.С. Регенеративные вращающиеся воздухоподогреватели. Л. Энергия, 1971. -186 с.

47. Мигай В.К., Новожилов И.Ф. Вращающийся регенеративный воздухоподогреватель для газотурбинной установки. //Энергомашиностроение, 1957, №7, с. 24 27.

48. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977.-344 с.

49. Новицкий П.В., Зограф И.А. Оценка погрешностей результатов измерений. Л.: Энергоатомиздат, 1991. — 304 с.

50. Очков В.Ф. Mathcad 14 для студентов и инженеров: русская версия. BHV-Петербург, 2009.

51. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости М.: Энергоатомиздат, 1984. - 150 с.

52. Петухов Б.С. Теплообмен и сопротивление при ламинарном течении жидкости в трубах. — М.: Энергия, 1967. 412 с.

53. Поз М.Я. Повышение эффективности энергосберегающих технологий систем вентиляции и кондиционирования воздуха и теплофизика элементов систем.//Автореферат диссертации на соискание учен. степ, д-ра техн. наук. М., 1989. - 49 с.

54. Поз М.Я., Грановский B.JI. Теоретическое и экспериментальное исследование регенеративных теплообменников. В кн.: Вентиляция и кондиционирование воздуха. Сб. №11, 1979, с. 106 - 120.

55. Поз М.Я., Грановский В.Л., Садовская Т.И. Расчет регенеративных несорбирующих теплоутилизаторов. //Водоснабжение и санитарная техника, 1988, №4, с. 16- 19.

56. Поз М.Я., Грановский B.JL, Сенатова В.И., Урдин М.И., Макаров Б.И. Экспериментальное исследование утилизаторов тепла вытяжного воздуха. //Водоснабжение и санитарная техника, 1981, №3, с. 12-14.

57. Поз М.Я., Сенатова В.И., Грановский B.JI. Регенеративные теплообменники и теплообменники с промежуточным теплоносителем. //Водоснабжение и санитарная техника. 1978, №2, с. 14-17.

58. Поз М.Я., Сенатова В.И., Грановский B.JI. Утилизация тепла и холода вытяжного воздуха в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. М.: ВНИИИС, 1980. - 97 с.

59. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов». М.: Энергия, 1978. - 704 с.

60. Регенеративные теплообменники типа "воздух воздух". Доклад шведской фирмы "Munters Tarcar АВ" на советско-шведском симпозиуме, Москва, 1976.

61. Рекомендации по проектированию систем утилизации тепла удаляемого воздуха в теплоутилизаторах типа «воздух-воздух» (вращающиеся регенераторы). М.: ГПИ Сантехпроект МНИИТЭП, ТашЗНИИЭП, ЦНИИпромзданий, 1983.

62. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.Ф. Качество измерений. Метрологическая справочная книга. Л.: Лениздат, 1987. — 296 с.

63. Сотников А.Г. Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. С.-Петербург, 2006, Том II, 416 с.

64. Сотников А.Г. Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. С.- Петербург, 2005, Том I, 504 с.

65. Справочник по расчетам гидравлических и вентиляционных систем.- СПб.: АНО НПО «Мир и семья», 2002. -1154 с.

66. Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. Общая часть. Л.: ВВИТКУ, 1970. - 544 с.

67. Титов В.П., Парфентьева Н.А., Медведева Е.В. Пористый регенеративный теплообменник с неподвижной насадкой. //Водоснабжение и санитарная техника. 1981, №4, с. 27 28.

68. Топильский В.Б. Схемотехника измерительных устройств: — М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006.

69. Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник: Пер. с англ.- М.: Атомиздат, 1979. 212 с.

70. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. М.: Техносфера, 2005. - 592 с.

71. Чачанидзе М.К. Эффективность использования регенеративных вращающихся теплообменников блоков утилизации теплоты для системвентиляции.// Диссертация на соискание уч. степ. канд. наук. — Ленинград, 1985.- 139 с.

72. Хаузен X. Теплопередача при противотоке, прямотоке и перекрестном токе: Пер. с нем. М.: Энергоиздат, 1981.-383 с.

73. Холмберг Р.Б. Тепло и массообмен во вращающихся теплообменниках с роторами из негигроскопических материалов. //Теплопередача (русский перевод Trans.ASME, Ser.C), 1977, №4.

74. Холмберг Р.Б. Одновременный тепло и массообмен в регенераторах с гироскопическими насадками. - Теплопередача (русский перевод Trans.ASME, Ser.C), 1979, №2, с. 18.

75. Besant, R.W. and Simonson C.J., 2000, Air-to-air energy recovery, ASHRAE Journal, 42(5), 31-42.

76. Cox M. and Stevens R.K.P., The regenerative heat exchanger for gas-turbine power plant, «The Inst, of Mech. Eng. Proc.» 163, №60, 1950, p. 193205.

77. Hausen H. Survey of the heat transfer theories in regenerators. Heat exchangers design and theory. McGraw Hill Book Company, 1974, pp. 207 221.

78. Linke W., Kunze H. Druckverlust und Warmeuberqang im Anlauf der turbulenten Rohrsromung. Allgemeine Warmetechnik, 1953, Bd. 4, S. 73- 79.

79. Nu?elt W. Das Grundgesetz des Warmeuberganges. Gesundh. Ing., 1915, Bd. 38, S. 477-482.

80. Nu?elt W. Der Warmeubergang, Diffusion und Verdunstung. Z. ang. Math. Mech., 1930, Bd. 10, S. 105-121.

81. Nu?elt W. Der Warmeubergang im Kreuzstrom. Z. VDI, 1911, Bd. 55, S. 2021-2024.

82. Nu?elt W. Der Warmeubergang in Rohr. Z. VDI, 1917, Bd. 61, S. 685-689.

83. Sparrow E.M. Laminar flow in isosceles triangular ducts. AIChE Journal, vol.8, 1962, pp. 599-607.