毛细管换热器的换热特性及其在海水源热泵中的应用研究

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传统的海水源热泵取水方式不合理、海水水质差及冬季海水温度过低等问题导致热泵被腐蚀、管道堵塞、运行效率低。本文针对以上问题,采用毛细管换热器作为海水源热泵与海水间的换热装置,搭建了小型毛细管换热器试验台,开展了不同工况下毛细管换热器的性能试验,并将毛细管换热器海水源热泵系统应用到养殖水体升温中。
  根据毛细管换热器与海水不同接触方式理论换热模型的传热特点,对毛细管换热器性能评价的参数进行分析。为进一步研究毛细管换热器传热特性和阻力特性,通过测量不同规格毛细管换热器实际换热量、传热系数和阻力,获得可靠的性能数据。
  毛细管换热器性能试验结果表明,流量、管长、管间距、埋深、进口温度和海水温度等因素对毛细管换热皆存在显著影响。管长1.2m和1.5m的单层毛细管在140~210L/h中换热量维持在800~1000W;1m2管间距为10mm的换热器,有34根支管,展开面积达0.86m2,换热效果好。五种规格的毛细管换热器传热系数在40~120W/(m2·℃)范围内。结合毛细管换热量与传热系数数据,在本次试验中,单层毛细管换热器的最佳运行流量为175L/h,最佳管长为1.2m,最佳管间距为10mm。阻力方面,层流状态下阻力较小,紊流阻力大但换热效果较好,1m2毛细管阻力约为10kPa。
  结合大连地区地理和水文条件特点及海水水温变化情况,构建了毛细管换热器海水源热泵闭式系统。根据热泵设备特点及性能试验结果,得出了适用于普遍工程的毛细管换热器面积、水泵扬程及功率的经验公式。
  最后,将毛细管换热器海水源热泵系统应用于某一养殖池进行水体升温试验。升温试验发现,该系统制热系数COP为4.15~4.64,低于开式海水源热泵系统。此外,从环保性和经济性角度考量,该系统各指标虽不如开式海水源热泵和板式换热器系统,但对海水源热泵防腐蚀效果显著。研制性能更优的毛细管,可有效提高系统COP,减少能耗和运行费用。
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