污水源熱泵污水換熱塔內(nèi)空氣流場模擬

1 概述

礦井水通常指煤炭開采過程中滲入井下采掘空間的水，分為潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水、含特殊污染物礦井水。利用熱泵從礦井水中回收熱量，具有顯著的經(jīng)濟環(huán)保效益。

回收礦井水余熱的熱泵屬于污水源熱泵，許多學(xué)者對污水源熱泵開展了研究。Shen等人

綜述了我國污水源熱泵的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。Baek等人

在2005年研究了污水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計。吳榮華等人

研究了污水源熱泵系統(tǒng)換熱管的污垢特性。Shen等人

研究了以洗浴廢水為熱源的污水源熱泵性能。Shen等人

還通過實驗，比較了兩種不同類型蒸發(fā)器的性能，這兩類蒸發(fā)器均可用于污水源熱泵。

礦井水的水質(zhì)一般懸浮物和含鹽量均比較高，長期運行易導(dǎo)致?lián)Q熱器的換熱效率嚴(yán)重下降甚至引起熱泵機組停機。為此，研究人員對換熱器污垢清洗技術(shù)開展了研究。宋艷

提出的噴淋式換熱器可避免由于污垢造成的堵塞，但體積大，需要額外的手工清洗。管內(nèi)帶有尼龍刷的換熱器

的缺點：當(dāng)水流方向改變時，一些刷子很容易鎖在管內(nèi)，導(dǎo)致系統(tǒng)性能突然發(fā)生變化。Xiao等人

提出了一種具有清洗功能的強水洗換熱器，但功耗很高。具有污垢流化去除技術(shù)的換熱器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，清洗效率低

。盡管上述污水換熱器具有清洗功能，但清洗效果和運行可靠性均不理想。

回到房間，蘇婷婷對杰克：我早跟你說了，這不是華盛頓，這是中國！你不要動不動就人權(quán)啊隱私??！杰克倔強地：中國怎么了？中國就不講人權(quán)了嗎？中國人就該侵犯別人隱私嗎？中國不是和世界接軌了嗎？中國難道不是世界的一部分？蘇婷婷忙換了個角度：我不是說這個意思，我是說在中國大的事情是要講人權(quán)，可小的事情呢，要講感情，比方說媽今天給你洗了內(nèi)褲，說明咱媽喜歡你這個洋女婿，對你這個上門女婿很有感情！杰克搖搖頭：N O N O，我不能對咱媽有感情，我愛的是你，不是咱媽！

本文以抑垢型污水源熱泵(以空氣作為污水與蒸發(fā)器之間的傳熱介質(zhì))采用的污水換熱塔(空氣與污水逆流傳質(zhì)傳熱的場所)作為研究對象，對污水換熱塔內(nèi)空氣流場進行模擬，分析折流板數(shù)量、折流板間距對污水換熱塔內(nèi)空氣壓力降的影響。

2 抑垢型污水源熱泵實驗系統(tǒng)

抑垢型污水源熱泵實驗系統(tǒng)見圖1。低溫?zé)嵩磦?cè)，以閉式空氣循環(huán)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的污水循環(huán)，由污水換熱塔實現(xiàn)循環(huán)空氣與污水的傳質(zhì)傳熱。污水箱中的污水由污水泵送至污水換熱塔。在蒸發(fā)器放熱后的低溫低濕空氣，在風(fēng)機作用下與噴淋污水進行傳質(zhì)傳熱，成為高溫高濕空氣。最后，高溫高濕空氣在蒸發(fā)器中放熱。如此循環(huán)。蒸發(fā)器表面產(chǎn)生凝結(jié)水，經(jīng)凝結(jié)水管排出。與低溫低濕空氣換熱后的污水回到污水池后，由電加熱器加熱升溫。實驗系統(tǒng)中，由冷水箱模擬冷凝器負(fù)荷，溫度、相對濕度、壓力、風(fēng)速測點見圖1。

污水換熱塔結(jié)構(gòu)見圖2，圖中數(shù)值單位為mm。污水換熱塔的殼體內(nèi)直徑為400 mm，進氣口到污水噴淋裝置的高度為1 800 mm。污水換熱塔上半部安裝10塊折流板，間距為80 mm。污水從污水換熱塔頂部沿著折流板向下流動，空氣沿折流板向上流動。在塔內(nèi)空氣與污水的逆流接觸過程中，空氣濕度增加，溫度升高。

污水換熱塔是抑垢型污水源熱泵系統(tǒng)的核心部件，塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了空氣阻力、空氣與污水之間的接觸時間以及換熱效果，進而影響熱泵系統(tǒng)性能。因此，有必要對污水換熱塔的內(nèi)部氣流流場進行研究。

3 污水換熱塔模型

3.1 模型簡化

知識與技能目標(biāo)如下：（1）了解電阻器的外觀、分類、特性和應(yīng)用。（2）掌握色環(huán)電阻的識讀和測量。（3）會正確使用萬用表測電阻。（4）會查閱有關(guān)技術(shù)資料和工具書。

3.2 模擬方法與模型

1.理念先行，提高風(fēng)險防范意識。開展風(fēng)險管理審計，要求企業(yè)管理層轉(zhuǎn)變觀念，正確處理風(fēng)險與效益的關(guān)系，增強對風(fēng)險的敏銳度，將風(fēng)險意識納入企業(yè)的經(jīng)營管理之中，把風(fēng)險管理理念滲透到每個部門、每個崗位和每個環(huán)節(jié)，并內(nèi)化為員工的職業(yè)態(tài)度和工作習(xí)慣。與此同時審計人員也要更新理念，從傳統(tǒng)的內(nèi)部財務(wù)審計擴展至參與企業(yè)的價值創(chuàng)造，當(dāng)好企業(yè)風(fēng)險管理的參與者、協(xié)調(diào)者、監(jiān)督者，真正置身于企業(yè)的公司治理和風(fēng)險管理過程之中。

進口風(fēng)量為500 m

/h時，污水換熱塔內(nèi)氣流的速度分布云圖見圖6。由圖6可知，在折流板段，空氣保持較高流速，可增強氣水之間的傳熱傳質(zhì)。

② 邊界條件

在COMSOL Multiphysics軟件中對模型進行自由四面體網(wǎng)格劃分，并在折流板缺口處進行網(wǎng)格加密。自由四面體網(wǎng)格屬于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對于流場邊界比較復(fù)雜的情況有很好的適應(yīng)性。幾何模型的網(wǎng)格劃分見圖4。

將污水換熱塔的幾何模型簡化為圓柱體(見圖3，圖中數(shù)值單位為m)，高度為2 m，直徑為0.4 m。模型上半部分對稱布置10塊折流板，折流板厚度為2 mm，間距為80 mm。最上端折流板距塔頂?shù)木嚯x為160 mm。空氣進口中心線位于距底面高度0.2 m處，進口直徑為0.2 m。圓柱體頂面為氣流出口，出口直徑為0.4 m。

將空氣入口設(shè)置為速度入口，出口設(shè)置為壓力出口。其余幾何表面均使用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)計算?？諝饬鲃訛檫B續(xù)過程，污水換熱塔內(nèi)部各點物理狀態(tài)不隨時間發(fā)生變化，使用

-

湍流模型模擬氣流。進口空氣的溫度為25 ℃，相對濕度為50%。

進入二十一世紀(jì)以來，我國社會經(jīng)濟發(fā)展十分迅速，社會大眾收入不斷增加，人們更加追求生活質(zhì)量的提高，這在很大程度上促進了旅游行業(yè)的發(fā)展。同時隨著互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的發(fā)展，旅游行業(yè)對旅游專業(yè)人才提出了更高的要求。而在旅游新常態(tài)背景下，我國高職院校的旅游人才培養(yǎng)模式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前旅游行業(yè)的實際發(fā)展需要，因此，高職院校必須對當(dāng)前的旅游人才培養(yǎng)模式進行革新。

進口風(fēng)量為500 m

/h時，污水換熱塔內(nèi)部的壓力分布云圖見圖7。由圖7可知，壓力損失主要發(fā)生在折流板段，空氣每經(jīng)過1片折流板即出現(xiàn)1次明顯的壓力下降。由模擬結(jié)果可知，進口風(fēng)量為500 m

/h時，進口空氣的平均壓力為100 542 Pa，出口空氣的平均壓力為100 000 Pa。由此可得到，進口風(fēng)量為500 m

/h時，空氣壓力降為542 Pa。根據(jù)進口風(fēng)量分別為300、350、400、450、500 m

/h的模擬結(jié)果，空氣壓力降隨進口風(fēng)量的變化見圖8。由圖8可知，空氣壓力降隨進口風(fēng)量的增大而增大。

綜合考慮計算速度和計算精度，最終選擇網(wǎng)格數(shù)為281 930 個。

作為課程管理者，學(xué)校僅僅開設(shè)許多拓展性課程是不夠的，后續(xù)的課程評價也要跟上，沒有評價的課程是不完整的課程。在教師自由實施拓展性課程的同時，一定不能忘記“測速限載”，即需要適當(dāng)?shù)脑u價。只有通過進行課程評價，教師才能明確目前正在實施的拓展性課程是否達(dá)成了當(dāng)初預(yù)定的課程目標(biāo)。

4 模擬結(jié)果與分析

4.1 流速

進口風(fēng)量為500 m

/h時，污水換熱塔內(nèi)的速度流線見圖5。由圖5可知，空氣從入口進入污水換熱塔后，在進口與底面間形成渦流。在流經(jīng)折流板時，空氣均勻擴散充滿整個折流板間的空隙，可充分與污水進行逆流熱質(zhì)交換。

污水與空氣在污水換熱塔中的傳熱傳質(zhì)過程屬于非滿管多相流模型，比較復(fù)雜。為考核污水對空氣壓力降的影響，筆者在實驗階段測試了進口風(fēng)量為400 m

/h，污水進口流量分別為0、1.28、1.55、1.77 m

/h時的空氣壓力降(見表1)。由表1可知，污水流量的變化對空氣壓力降的影響非常小。分析原因為：污水在塔內(nèi)以分散水滴狀存在，對空氣阻力比較小。因此，為簡化問題，模型僅考慮空氣流場，不考慮流動過程中的傳質(zhì)傳熱。

① 幾何模型與網(wǎng)格劃分

4.2 壓力降

③ 網(wǎng)格獨立性驗證

4.3 污水換熱塔參數(shù)對空氣壓力降的影響

由實驗結(jié)果可知，在進口風(fēng)量從300 m

/h增大到500 m

/h的過程中，熱泵機組制熱性能系數(shù)隨著風(fēng)量的增加先增大后減小，最大值出現(xiàn)在進口風(fēng)量350 m

/h。主要原因為：隨著進口風(fēng)量的增加，空氣與污水的傳熱傳熱得到加強，有助于提高熱泵機組制熱性能系數(shù)。但進口風(fēng)量的增加，也導(dǎo)致風(fēng)機功耗增加最終拉低熱泵機組制熱性能系數(shù)。由以上分析可知，空氣壓力降主要發(fā)生在折流板段。因此，筆者研究折流板數(shù)量、折流板間距對空氣壓力降的影響。

采用數(shù)值模擬軟件COMSOL Multiphysics，在結(jié)合實驗數(shù)據(jù)的情況下，對污水換熱塔內(nèi)部空氣流場進行數(shù)值模擬研究。

① 折流板數(shù)量

保持其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，模擬研究折流板數(shù)量(取4～9)對空氣壓力降的影響。進口風(fēng)量為500 m

/h、折流板數(shù)量為9時，

面空氣壓力等值面見圖9。由圖9可知，空氣壓力等值面出現(xiàn)在每片折流板缺口至上1片折流板的上升段，空氣經(jīng)過每1片折流板的壓力降均為56 Pa。其他折流板數(shù)量也具有相同規(guī)律。

塑料打包帶(繩)具有質(zhì)輕、牢固、易獲取等特點，廣泛應(yīng)用于日常生活中。在各類案件現(xiàn)場中塑料打包帶(繩)出現(xiàn)頻率逐步提高：在入室盜竊案件中，犯罪人員常用塑料打包帶(繩)捆綁錢財和物品；在綁架案件中，塑料打包帶(繩)常被用于限制被害人的活動。進行塑料打包帶(繩)成分的分析比對，對縮小偵查范圍、有效打擊犯罪起著重要作用。

進口風(fēng)量為500 m

/h時，空氣壓力降隨折流板數(shù)量的變化見圖10。由圖10可知，當(dāng)進口風(fēng)量、折流板間距一定時，空氣壓力降隨折流板數(shù)量的增加而增大。

高校教師三大任務(wù)的說法本身就是一個需要厘清的觀點，它是源于高等學(xué)校三大職能的一個簡單推論。《中華人民共和國高等教育法》第三十一條規(guī)定：“高等學(xué)校應(yīng)當(dāng)以培養(yǎng)人才為中心，開展教學(xué)、科學(xué)研究和社會服務(wù)，保證教育教學(xué)質(zhì)量達(dá)到國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)?！边@是對高等學(xué)校整體職能的界定，而且規(guī)定教學(xué)、科學(xué)研究和社會服務(wù)活動的開展要以培養(yǎng)人才為中心。高等學(xué)校的整體職能并不就是每個高校教師的具體任務(wù)，更不能直接分解為對每個高校教師量化考核的三項指標(biāo)。不分高等學(xué)校的類型和層次，不顧高校教師的學(xué)科特點和專業(yè)發(fā)展階段，籠統(tǒng)強調(diào)三大任務(wù)的并駕齊驅(qū)，必定誤導(dǎo)高等學(xué)校及其教師的發(fā)展。

② 折流板間距

保持其他結(jié)構(gòu)參數(shù)不變，模擬研究折流板間距(分別取90、100、110、120 mm)對空氣壓力降的影響。由模擬結(jié)果可知，折流板間距為90、100、110、120 mm時，空氣經(jīng)過每1片折流板的壓力降分別為50、46、43、41 Pa。進口風(fēng)量為500 m

/h時，空氣壓力降隨折流板間距的變化見圖11。由圖11可知，當(dāng)進口風(fēng)量、折流板數(shù)量一定時，空氣壓力降隨折流板間距的增大而減小。

5 結(jié)論

① 空氣從進口進入污水換熱塔后，在進口與底面間形成渦流。在流經(jīng)折流板時，空氣均勻擴散充滿整個折流板間的空隙，可充分與污水進行逆流熱質(zhì)交換。在折流板段，空氣保持較高流速，可增強氣水之間的傳熱傳質(zhì)。

② 壓力降主要發(fā)生在折流板段，空氣壓力降隨進口風(fēng)量的增大而增大。

由于地域文化差異和社會發(fā)展水平的不同，外來訂單影響了廣彩的色彩傾向，逐漸成為熱烈華麗的釉上彩。十八世紀(jì)的廣彩受到歐洲古典畫派的影響，迎合當(dāng)時盛行的洛可可風(fēng)格，表達(dá)出溫馨、歡快的情調(diào)。1784年，美國的“中國皇后”號抵達(dá)廣州港，開始大批量的貿(mào)易活動，至此美國也成為外銷瓷的主要市場。此后的廣彩瓷愈加濃烈奔放，以紅、綠、金、藍(lán)等色彩為主，描繪出一幅幅熱鬧的景象，特點鮮明并影響至今。

③ 當(dāng)進口風(fēng)量、折流板間距一定時，空氣壓力降隨折流板數(shù)量的增加而增大。

④ 當(dāng)進口風(fēng)量、折流板數(shù)量一定時，空氣壓力降隨折流板間距的增大而減小。

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