船用热法海水淡化系统中蒸汽喷射器的性能研究

论文摘要

经济高速发展的今天,航运业对经济发展举足轻重。船舶在航行过程中需要消耗大量的淡水来满足船上人员和设备的需求,特别是大型远洋邮轮的淡水需求问题更为突出。从陆地上携带淡水的方式无法满足船舶用水的需求,大多数船舶都配备有海水淡化装置。热法海水淡化是一种能够有效利用船舶余热制取淡水的方法,本文针对带有蒸汽喷射器的船用低温热法海水淡化系统进行了理论分析和实验研究。主要研究工作包括:首先,根据船舶柴油机缸套水余热的特点,设计了一种带有蒸汽喷射器的船用低温热法海水淡化系统,并建立了相应的数学模型。根据海水进水温度与低温蒸发器蒸发温度的相对高低,将系统的运行模式分为两种工况。通过对该系统的数值计算获得了以下结论:在低温蒸发器蒸发温度与海水进水温度不变时,系统单位热量产水量随着高温蒸发器蒸发温度的上升而上升。在相同工况运行模式下,高温蒸发器蒸发温度与低温蒸发器蒸发温度不变,单位热量产水量随海水进水温度的升高而升高。当高温蒸发器蒸发温度为70℃,低温蒸发器蒸发温度为10℃,海水进水温度为8℃时,单位热量产水量达到最大,最大值为1.321×10-3kg/kJ,该系统相比于传统真空沸腾式海水淡化系统单位热量产水量提高了 288.5%。其次,开展了异形喷嘴对蒸汽喷射器性能影响的数值模拟研究。根据等压混合模型设计了应用于高、低温热源的异形喷嘴的蒸汽喷射器,其中异形喷嘴包括三波瓣形喷嘴、四波瓣形喷嘴、五波瓣形喷嘴、六波瓣形喷嘴、圆转方形喷嘴和矩形喷嘴。研究了高、低温热源条件下异形喷嘴对蒸汽喷射器内部流动的影响。获得了以下结论:在高温热源条件下,波瓣形喷嘴的波瓣数从三增加到六时,波瓣形喷嘴出口的一次激波长度变长,且流动状态逐渐变为圆形,蒸汽喷射器混合室涡流减弱,蒸汽喷射器的引射比和临界冷凝压力逐渐升高,但引射比与临界冷凝压力均低于拉伐尔喷嘴蒸汽喷射器;圆转方形喷嘴、矩形喷嘴和拉伐尔喷嘴出口的一次激波与二次激波的形状基本相同,工作流体进入混合室的过程中流动逐渐变为圆形,相应的蒸汽喷射器的引射比与临界冷凝压力相近。在低温热源条件下,圆转方形喷嘴与矩形喷嘴出口的一次激波相较于拉伐尔喷嘴长度变长,蒸汽喷射器的引射比与临界冷凝压力略微上升。最后,开展了对异形喷嘴蒸汽喷射器的实验研究。针对高温热源下发生温度为1 10℃～130℃,蒸发温度为5℃～20℃;低温热源下发生温度为40℃～70℃,蒸发温度为15℃～25℃的工况条件,研究喷嘴形状、工况条件对蒸汽喷射器性能的影响。获得了以下结论:高温热源下,波瓣形喷嘴蒸汽喷射器临界冷凝压力均低于拉伐尔喷嘴蒸汽喷射器,仅有六波瓣形喷嘴蒸汽喷射器的性能系数（Coefficient of Performance,COP）高于拉伐尔喷嘴蒸汽喷射器,随着波瓣数的增加蒸汽喷射器COP与临界冷凝压力逐渐增加;矩形喷嘴蒸汽喷射器COP高于拉伐尔喷嘴蒸汽喷射器,临界冷凝压力低于拉伐尔喷嘴蒸汽喷射器,圆转方形喷嘴蒸汽喷射器COP与拉伐尔喷嘴蒸汽喷射器基本相同,临界冷凝压力介于拉伐尔喷嘴与矩形喷嘴蒸汽喷射器之间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 船用海水淡化研究现状
•     1.2.2 低温多效蒸馏海水淡化研究现状
•     1.2.3 喷嘴结构对喷射器性能影响的研究现状
•   1.3 本文的主要工作
• 2 船用低温热法海水淡化系统建模与计算
•   2.1 船用低温热法海水淡化系统工作原理
•   2.2 船用低温热法海水淡化系统理论模型
•     2.2.1 蒸发器
•     2.2.2 蒸汽喷射器
•     2.2.3 冷凝器
•   2.3 计算结果与分析
•     2.3.1 两种工况下产水量计算
•     2.3.2 海水进水温度对系统单位热量产水量的影响
•   2.4 本章小结
• 3 异形喷嘴对蒸汽喷射器性能影响的数值模拟
•   3.1 蒸汽喷射器的几何模型
•     3.1.1 高温热源下异形喷嘴结构尺寸
•     3.1.2 低温热源下异形喷嘴结构尺寸
•   3.2 CFD模型
•     3.2.1 数值求解方法
•     3.2.2 网格无关性验证及网格划分
•     3.2.3 蒸汽喷射器内部流场模拟分析
•   3.3 高温热源下异形喷嘴蒸汽喷射器的数值模拟
•     3.3.1 异形喷嘴对蒸汽喷射器引射比的影响
•     3.3.2 异形喷嘴对蒸汽喷射器内部流动的影响
•     3.3.3 工况条件对异形喷嘴蒸汽喷射器内部流动的影响
•   3.4 低温热源下异形喷嘴蒸汽喷射器的数值模拟
•     3.4.1 异形喷嘴对蒸汽喷射器引射比的影响
•     3.4.2 异形喷嘴对蒸汽喷射器内部流动的影响
•   3.5 本章小结
• 4 异形喷嘴对蒸汽喷射器性能影响的实验研究
•   4.1 蒸汽喷射器性能实验装置及系统
•   4.2 高温热源下异形喷嘴对蒸汽喷射器性能影响的实验研究
•     4.2.1 异形喷嘴对蒸汽喷射器性能的影响
•     4.2.2 工况条件对异形喷嘴蒸汽喷射器性能的影响
•   4.3 低温热源下异形喷嘴对蒸汽喷射器性能影响的实验研究
•     4.3.1 异形喷嘴对蒸汽喷射器性能的影响
•     4.3.2 工况条件对异形喷嘴蒸汽喷射器性能的影响
•     4.3.3 冷凝压力对喷射器压力的影响
•   4.4 本章小结
• 结论与展望
•   结论
•   展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王威宁

导师: 潘新祥,董景明

关键词: 船用海水淡化,蒸汽喷射器,数学模型,数值模拟,实验研究

来源: 大连海事大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 大连海事大学

分类号: P747

DOI: 10.26989/d.cnki.gdlhu.2019.000574

总页数: 83

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