CN106803002B - 一种机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法，包括以下几个步骤，步骤一：建立主换热器的三维模型；步骤二：建立主换热器有限元模型；步骤三：对主换热器流体介质进行流速分析；步骤四：确定主换热器出口个数和位置；本发明对于机械蒸汽再压缩主换热器可以快速确定出口个数和位置，对于充分提高机械蒸汽再压缩主换热器换热效率，提高节能效果具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法，属于污水物理处理技术领域。
背景技术
机械蒸汽再压缩技术(Mechanical Vapour Recompression，简称MVR)，又称热泵技术，该技术通过再次利用蒸发浓缩过程产生的二次蒸汽的冷凝潜热，从而减少蒸发浓缩过程对外界能源需求，是目前先进的节能技术。目前该技术已广泛应用于化学工业（造纸、回收二氧化硫生产硫氨）、饮料工业、制盐工业、食品行业（淀粉、乳制品、糖）、环保技术（工业废水处理）、海水淡化、垃圾填埋场渗滤液处理等。MVR技术具有高效率、低运行成本的特点，优于传统的蒸发技术，有着巨大的发展潜力。
二次蒸汽经过压缩机后温度和压力升高，高温高压蒸汽可以做为热源，产生更多的二次蒸汽，继续向换热器提供能量，热能被持续地加以利用，从而达到节能的目的，二次蒸汽在传热过程中冷却，成为冷凝水。MVR热泵蒸发技术是目前最先进的蒸发技术之一，几乎没有废热蒸汽的排放，单位能量消耗较低，节能效果好；设备集中，占地空间小，构造简单； MVR技术可以实现50-90℃的负压低温蒸发。
主换热器是机械蒸汽再压缩技术的主要设备，承担了热交换的功能。二次蒸汽通过主换热器中排列的多个管状通道，与管状通道内部的流体进行热交换。
目前技术的缺点：目前主换热器的设计多为一个入口，一个冷凝出口，出口位置根据经验确定。数值模拟和实验发现，主换热器出口位置改变和出口数量变化，对于二次蒸汽在主换热器中的流速具有明显的影响，从而对热交换的效果重要的影响。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法，通过主换热器不同截面高度流速分布，以及不同出口个数时流体流速分布，来选择最佳的出口位置和出口个数，使主换热器达到最佳的换热效果。
本发明的机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法，包括以下几个步骤：
步骤一：建立主换热器的三维模型；
利用三维建模软件，建立主换热器的高精度三维实体模型；
步骤二：建立主换热器有限元模型；
将步骤一中构建的主换热器的三维模型导入到有限元分析软件中，根据主换热器的实际情况，设定主换热器的材料属性参数，并对三维模型划分有限元网格，设定流体介质材料属性参数，设定入口压力，设定出口压力，最后得到主换热器的有限元模型；
步骤三：对主换热器流体介质进行流速分析；
得到了主换热器的有限元模型后，对主换热器有限元模型进行流速分析，获取有限元模型在不同高度截面上的流速分布，对不同出口个数的有限元模型分别做不同高度截面的流速分布分析；
步骤四：确定主换热器出口个数和位置；
对步骤三中进行流速分布分析后，根据实际换热器的安装约束情况，确定最佳的出口位置和出口个数。
本发明的优点在于：
（1）本发明能够对已有的设备确定最佳的出口位置和出口个数，也能够在设计新设备时通过本发明确定最佳的出口位置和出口个数；
（2）本发明确定的最佳的出口位置和出口个数充分利用流体介质的热能，减少冷凝水中热能的损失，更加有效的节能。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器三维模型示意图；
1—入口；2—出口；3—换热管；
图3是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器一个出口有限元模型示意图；
图4是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器两个出口有限元模型示意图；
4—入口；5—出口1；6—出口2；
图5是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器一个出口时，入口位置截面流速分布云图；
图6是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器一个出口时，距入口位置300mm截面流速分布云图；
图7是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器两个出口时，距入口位置300mm截面流速分布云图；
图8是本发明实施例中机械蒸汽再压缩主换热器两个出口时，距入口位置300mm截面流速分布散点图；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法，流程如图1所示，包括以下几个步骤：
步骤一：建立主换热器的三维模型；
利用三维建模软件，建立主换热器的高精度三维实体模型，三维建模软件可以使用ANSYS Workbench，Pro/E，UG，SolidWorks等；
步骤二：建立主换热器有限元模型；
将步骤一中构建的主换热器的三维模型导入到有限元分析软件中，所述的有限元分析软件可以为FLUENT等，根据主换热器的实际情况，设定主换热器的材料属性参数，并对三维模型划分有限元网格，设定流体介质，设定入口压力，设定出口压力，最后得到主换热器的有限元模型；
步骤三：对主换热器流体介质进行流速分析；
得到了主换热器的有限元模型后，对主换热器有限元模型进行流速分析，获取有限元模型在不同高度截面上的流速分布，对不同出口个数的有限元模型分别做不同高度截面的流速分布分析，相邻截面距离越小分析的结果越精确；
步骤四：确定主换热器出口个数和位置；
对步骤三中进行流速分布分析后，根据实际换热器的安装约束情况，确定最佳的出口位置和出口个数，最终确定最佳的出口位置和出口个数，出口个数可以大于等于1个。
实施例：
步骤一：在ANSYS WORKBENCH中绘制高精度完整的主换热器的三维模型，绘制好的主换热器实体模型如图2所示；
步骤二：将用ANSYS WORKBENCH绘制的直升机减速器齿轮箱三维实体模型导入FLUENT，通过菜单操作来设定流体介质为水蒸气，并划分有限元网格，划分网格，得到有限元模型如图3所示，当出口个数为2时，有限元模型如图4所示，蒸汽入口压力为相对压力0.06MPa，出口压力为1个大气压；
步骤三：对主换热器出口个数不变时，不同截面进行流速分析。如图5所示为入口位置截面流速分布云图，如图6所示为距入口位置300mm截面流速分布云图，可以看出距离入口不同高度时，截面流速分布不同，据此可以设置出口位置高度，并比较不同高度时的流速分布均匀性，从而确定最佳的出口位置；
步骤四：改变出口个数，获取最佳出口个数。如图7所示，主换热器两个出口时，距入口位置300mm截面流速分布云图，如图8所示为两个出口时，距入口位置300mm截面流速分布散点图。
由图6，图7，图8可以看出，出口个数增加为两个时，相同截面高度处，流速分布均匀性大大提高，据此可以根据实际情况设定出口个数，以增加换热效率。
Claims (1)
1.一种机械蒸汽再压缩主换热器出口布置方法，包括以下几个步骤：
步骤一：建立主换热器的三维模型；
利用三维建模软件，建立主换热器的高精度三维实体模型；
步骤二：建立主换热器有限元模型；
将步骤一中构建的主换热器的三维模型导入到有限元分析软件中，根据主换热器的实际情况，设定主换热器的材料属性参数，并对三维模型划分有限元网格，设定流体介质材料属性参数，设定入口压力，设定出口压力，最后得到主换热器的有限元模型；
其特征在于，还包括以下步骤：
步骤三：对主换热器流体介质进行流速分析；
得到了主换热器的有限元模型后，对主换热器有限元模型进行流速分析，获取有限元模型在不同高度截面上的流速分布，对不同出口个数的有限元模型分别做不同高度截面的流速分布分析，相邻截面距离越小分析的结果越精确；
步骤四：确定主换热器出口个数和位置；
对步骤三中进行流速分布分析后，距离入口不同高度时，截面流速分布不同，据此可以设置出口位置高度，比较不同高度时的流速分布均匀性，根据实际主换热器的安装约束情况，确定最佳的出口位置和出口个数，出口个数可以大于等于1个。
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