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天然气作为一种清洁能源被越来越多的行业所利用,特别是在锅炉行业,燃气锅炉正在逐渐替代煤粉锅炉。但是燃气锅炉的排烟温度较高,直接排放到大气中造成能源浪费和热污染问题。为降低燃气锅炉排烟温度,回收烟气余热,本文借鉴空气源热泵的原理,开发了一套烟气源热泵系统,并对系统中绕管式冷凝器进行数值模拟和实验研究。完成的主要工作及结论如下:(1)针对1T/h燃气热水锅炉的排烟,通过热力计算设计了烟气源热泵系统中的四个关键设备,理论计算结果显示,锅炉烟气温度从80℃降低到50℃,可回收烟气中的总热量39kW,每小时能够将1997Kg的50℃的回水加热到70℃,且烟气源热泵系统的COP达到4.8。(2)以水为换热流体,建立不同管径(6mm<d0<14mm)、不同层间距(2mm<S2<4.5mm)和不同轴向间距(2mm<Z<14mm)的绕管式冷凝器模型,应用Fluent软件在Re=8000~20000范围内对绕管式冷凝器壳侧流体的换热及流动状况进行了数值模拟,模拟结果表明:在6mm<d0<14mm的范围内,相同条件下管径越小壳侧流体的Nu越大,最小管径换热器的Nu数比最大管径提高46~51%,换热器的强化换热综合评价因子PEC在d0=6mm时达到最大值。在2mm<S2<4.5mm的范围内,相同条件下层间距越小壳侧流体的Nu越大,最小层间距换热器壳侧流体流动的Nu比最大层间距提高1.6~2.3%,PEC在S2=3.5mm时达到极大值。在轴向间距2mm<Z<14mm的范围内,相同条件下轴向间距越大,壳侧流体的Nu数越大,最大轴向间距换热器的Nu比最小轴向间距提高46~51%,PEC在Z=14mm时达到极大值。(3)搭建了绕管式冷凝器性能测试台,对Y型和K型绕管式冷凝器的换热性能进行测试。结果表明:壳侧水在Re=2800~13000的条件下,Y型绕管式冷凝器的传热系数比K型高3.4%~17.9%,压降比K型小9.8%~61%,阻力系数比K型小9.8~61%,换热系数比K型高8.7~11.6%,Y型冷凝器的PEC值大于1,所以说Y型绕管冷凝器的综合性能更好。