相 变 热 交 换 器 及 热 力 系 统 节 能

        提高热交换器及热力系统性能与效率,是节约能源、提高能源利用效率,从而解决我国能源问题与环境问题的重要途径。热交换器是在具有不同温度的两种或两种以上流体之间传递热量的设备,是开发利用工业二次能源、实现余热回收和节能减排的主要设备,被广泛使用于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、暖通空调、食品、制药、航空、环保、城市供热及其它工业领域。
        我们主要从热交换器性能测试、新型相变热交换器、能效评价及节能技术等方面开展研究。研究成果已被纳入国家标准与行业标准,形成多篇论文与专利。

 

1.热交换器性能测试

        热交换器性能测试是准确获得热交换器性能规律的主要方法,也是新型强化传热技术、数值方法研发和使用的基础和保障。通过调研分析、理论研究,本课题组参与建立了我国热交换器节能测试标准体系和基本框架。首次研制完成了我国热交换器及传热元件性能测试方法国家标准(GB/T27698.1~.8-2011),标准中给出了热交换器性能测试通用要求和特殊要求,覆盖了目前工业热交换器中占主导地位的热交换器类型。填补了热交换器性能测试标准的空白,社会效益巨大。此外,针对热交换器性能测试结果出现负熵增的现象,本课题组进行了性能测试相对热平衡界和测温仪表精度等参数确定方法的研究。

 

2.新型相变热交换器

图3物理模型及移动接触线模型示意图

        相变(沸腾、冷凝)热交换器具有传热系数远高于一般热交换器的优点,在工业应用中具有巨大优势。
         本课题组采用实验与数值方法对鼓泡型板式热交换器的单相与沸腾流动传热过程进行研究。建立了针对复杂通道内单相与低干度沸腾两相流动传热的数值计算模型,得到了鼓泡型板通道内的空气-水混合流动的流型图,单相流动传热机理与规律,沸腾两相传热机理和两相压降规律等结论。对于鼓泡型板式热交换器的工作与能效特性分析、安全与高效运行、结构改进等具有重要指导意义。(详细内容可查看相关论文1~4)

 

3.板式热交换器能效评价研究

板式热交换器整体k/p0.31 分布情况

        本课题组尝试研究可用于热交换器行业实现能效定量评价的方法,针对板式热交换器进行了能效评价指标(Energy Efficiency Index,EEI)的推导及有效性分析,提出了热交换器能效指标k/pn (总传热系数k与压力梯度p),结合我们建立的板式热交换器性能数据库,提出了评价指标的具体形式。研究成果现已纳入行业标准《NB/T 47004.1 板式热交换器第一部分:可拆卸板式热交换器》 。

        纳米颗粒是指粒度在1—100nm之间的粒子由于其比表面积大,表面分子活性高,具有新异的物理化学特性。我们将针对纳米粒子在油藏内油-水/油-水-固界面上的行为及其对提高采收率的影响开展一系列的研究。目前用于研究的微观可视化岩心驱替实验平台正在筹备搭建。(详细内容可查看相关论文5~7)


相关论文:

1. 张延丰,肖鹏,解辰,等. 鼓泡型板片元件结构对传热特性的影响[J]. 工程热物理学报,2015,36(1):89-92.
2. 肖鹏,张延丰,白博峰. 鼓泡型板片传热元件的数值模拟研究,工程热物理年会,2013
3. 杨宗林,白博峰,鼓泡型板式热交换器单相流动传热数值研究,工程热物理年会,2014
4. 张延丰,杨宗林,白博峰,鼓泡型板片通道内低干度沸腾传热数值研究,工程热物理年会,2015
5. 张延丰,蒋琛,寿比南,周文学,白博峰,基于GB/T 27698-2011的板式热交换器能效评价方法研究,工程热物理年会,2015
6. 张延丰,蒋琛,寿比南,周文学,白博峰,板式热交换器能效评价方法,科学通报,2016,61:1–7
7. Zhifeng Zhang, Yanfeng Zhang, Wenxue Zhou, Bofeng Bai*, Critical heat balance error for heat exchanger experiment based on entropy generation method, Applied Thermal Engineering, 2016 (94), 644-649

发明专利:

1. 热交换器的一种能效定量评价方法,张延丰、白博峰、周文学、蒋琛、寿比南。专利号:ZL. 2014101915281
2. 热交换器性能测试时热平衡相对误差界的确定方法(申请中)

国家标准制/修订:

1. 热交换器 GB/T 151-2014 2014.12 18
2. 两相流喷射式热交换器 GB/T 29464-2012 2012.12 5
3. 热交换器及传热元件性能测试方法:通用要求 GB/T27698.1-2011 2011.12 5
4. 热交换器及传热元件性能测试方法:管壳式热交换器 GB/T27698.2-2011 2011.12 2
5. 热交换器及传热元件性能测试方法:板式热交换器 GB/T27698.3-2011 2011.12 4
6. 热交换器及传热元件性能测试方法:螺旋板式热交换器 GB/T27698.4-2011 2011.12 2
7. 热交换器及传热元件性能测试方法:管壳式热交换器用换热管 GB/T27698.5-2011 2011.12 3
8. 板式热交换器第一部分:可拆卸板式热交换器 NB/T 47004.1 2015.8 31