(3.236.100.86) 您好!臺灣時間:2021/05/06 15:29
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:高昕暐
研究生(外文):Sin-Wei Kao
論文名稱:超臨界水之熱交換器系統設計
論文名稱(外文):Heat Exchangers System Design Powered by Supercritical H2O
指導教授:廖世平廖世平引用關係
指導教授(外文):Shih-Pin Liaw
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣海洋大學
系所名稱:機械與機電工程學系
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:套管式熱交換器壓力容器超臨界水
外文關鍵詞:double pipepressure vesselsupercritical
相關次數:
  • 被引用被引用:2
  • 點閱點閱:441
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:86
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
中文摘要

本文中透過溫度與壓力區分超臨界及亞臨界水,以臨界點374℃壓力22MPa為界線。由於達超臨界狀態時,能有效提升負載率,但缺點即是材料承受高溫高壓及沖蝕現象。因此,必須首先對熱交換器胴體做安全性計算,而在本文中,強度與熱傳的取捨下,必需視強度為優先。
於安全性計算方面,必須符合國家標準規範(CNS),依照規範要求,在本熱交換器系統中,使用的SUS316L與Inconel-718兩種材料的材料容許拉應力,計算出胴體所需要的最小厚度。接著熱傳方面,採用LMTD方法來計算,並且分段求得總括熱傳係數與總熱傳面積,以估算熱交換器熱管之總長度。
在設計過程中,為方便計算,建立了一套Excel計算書,並且藉由不斷調整參數數值,以求得最佳化設計。總括熱傳係數中,由於內外管皆為純水,因此省略掉污垢係數後可分為三項熱阻力,分別為Ri、Rwall以及Ro,本文針對這三項阻力,利用調整鰭片長度、寬度與熱管厚薄度,以促使阻力趨向最小達到最大熱傳的目標。



關鍵字:套管式熱交換器,超臨界水,壓力容器,鰭片

Abstract

The purpose of this thesis is the demarcation between supercritical and subcritical water is based on the critical point of water at 374℃ and 22MPa. While the critical point is accessed, the coexistence of liquid and vapor phases accompanied with high pressure and temperature which results in a higher thermal efficiency state. However, the strength of the structural material should be addressed.
As to the strength calculation, the CNS standard was followed. The allowable stresses of SUS316L and Inconel-718 used in the heat exchangers design are found and thus the minimum thickness of pipe can be obtained. LMTD method is used to analyze the required heat transfer area, and the overall length of the heat exchanger is estimated.
A computer code written in Excel is developed to handle this problem. By varying the input parameters, an optimal design is recommended. In the thermal analysis, the fouling factors have been ignored due to the usage of distilled water. The summation of the remaining three-term resistance Ri, Rwall and Ro is to be minimized and a higher heat transfer rate is achieved.



Key word: Double pipe, supercritical, pressure vessel, fin

目 錄
頁次
中文摘要......................... Ⅰ
英文摘要......................... Ⅱ
目錄........................... IV
表目錄..........................ⅤII
圖目錄.......................... IX
符號說明..........................X
 導 論....................... 1
熱交換器型式與簡介................. 2
套管式熱交換器................3
超臨界與亞臨界流體................. 5
研究動機......................8
文獻回顧......................8
第二章 設計規劃...................... 10
系統簡介...................... 10
管材及特性....................12
不鏽鋼SUS316L與Inconel-718物理特性.....12
CNS壓力容器設計規範............... 13
第三章 熱交換器胴體設計.................. 15
容許拉應力....................15
管壁厚度計算...................16
第四章 熱交換器熱傳分析.................. 18
對數平均溫差(LMTD)................ 18
套管式熱交換器系統................ 19
螺管式設計.................. 23
超臨界熱交換器系統.............. 24
加熱器長度計算.................. 27
第五章 最佳化....................... 28
亞臨界熱交換器試算結果............... 28
超臨界熱交換器Excel試算.............. 32
套管式熱交換器鰭片效率............ 35
套管式熱交換器串聯與並聯效率......... 36
設計最佳化結果................... 37
模擬實驗...................... 46
第六章 結論........................ 47
第七章 未來展望...................... 48
參考文獻......................... 50
附錄A........................... 52
附錄B........................... 56
附錄C........................... 63
附錄D........................... 66
誌謝........................... 69



表目錄
表2-1各熱交換器操作條件.................. 10
表2-2兩金屬材料之熱傳導係數................ 13
表3-1各熱交換器胴體使用值................. 17
表4-1外差法求得管外熱對流係數............... 23表5-1參考之管材尺寸.................... 30
表5-2亞臨界熱交換器HE7長度估算.............. 31
表5-3亞臨界熱交換器HE8長度估算.............. 32
表5-4超臨界流體運轉條件.................. 33
表5-5大管徑試算...................... 34
表5-6薄鰭片效率之變化................... 35
表5-7對數平均溫差調整前.................. 37
表5-8對數平均溫差調整後.................. 38
表5-9A HE1鰭片長度最佳化................. 39表5-9B HE1鰭片厚度最佳化................. 40
表5-10A HE2鰭片長度最佳化................. 41
表5-10B HE2鰭片厚度最佳化................. 42
表5-11超臨界熱交換器最佳化結果............... 43
表5-12A HE3未最佳化之前輸出表............... 44
表5-12B HE3最佳化後以並聯流量減半降壓降.......... 45
表5-13模擬熱交換器熱傳計算結果............... 46


圖目錄
圖1-1臨界點圖....................... 5
圖1-2亞臨界與超臨界機組熱力循環.............. 7
圖1-3亞臨界汽水鼓鍋爐與超臨界貫流式鍋爐.......... 7
圖2-1簡易系統流程圖.................... 11圖4-1平行流及逆向流.................... 18
圖4-2套管式熱交換器功率.................. 20圖4-3過冷液與過度沸騰曲線................. 22
圖4-4外差法求得過冷液熱對流曲線.............. 22圖4-5螺旋管設計...................... 23
圖4-6含鰭片之套管式熱交換器................ 24圖5-1A熱物理性質與溫度關係圖............... 29
圖5-1B熱物理性質與溫度關係圖............... 29圖5-2熱交換器Excel最佳化流程............... 33
圖5-3薄鰭片效率之變化................... 36


符號說明
A_o :管外總面積, m2
A_c :管路截面積, m2
A_u :環側截面積, m2
A_f :鰭片面積, m2
A_t :傳熱管外部表面積, m2
A_i :管內面積, m2
a :螺旋管半徑, m

:比熱, J/kg.℃

:等效熱傳直徑, m

:水力直徑, m
D_o :環管外徑, m
D_i :環管內徑, m
d_e :含鰭片之外徑, m

:熱傳管內徑, m

:熱傳管外徑, m
E_i :鰭片效率
f :磨擦係數
f_c :螺旋管摩擦係數
f_s :平滑管摩擦係數
f_a :環管摩擦係數
H_f :鰭片長度, m
h_i :管內熱傳係數,W/ m2‧K
h_o :管外熱傳係數,W/ m2‧K

:熱傳導係數, W/m•℃
L :熱傳管長度, m
m :鰭片效率計算參數
m_i :鰭片效率

:管路總質量流率, kg/s
m ̇_t :管內質量流率,kg/s
m ̇_a :管外質量流率,kg/s
N_t :管數
N_f :鰭片數
N_(u,a) :環管紐塞數
N_(u,c) :螺旋管紐塞數
N_(u,s) :直管紐塞數
P :壓力, Pa
P_w :濕潤周界, m
P_h :外環管週長, m
P_r :普朗特數
Q :熱傳量, W
R_e :雷諾數
R_(e,a) :環側雷諾數
R_f :兩倍熱管厚度,m
T :溫度,℃
t :厚度, m
U_o :總括熱傳係數,W/ m2‧K
u_(m,a) :環側速度,m/s
u_(m,t) :管側速度,m/s
希臘字母:
ε :有效度

:壓力降, Pa

:管內流體密度, kg/m3

:流體黏滯係數, kg/s.m

:在管壁溫度黏滯係數, kg/s.m
η :表面效率
η_f :鰭片效率
σ_a :材料容許抗拉應力, N/mm2
下標:
c :冷側流體
h :熱側流體
i :入口, 內側
o :出口, 外側
s :殼側
t :管側


參考文獻

1. Seikan Ishigai, "STEAM POWER ENGINEERING", thermal and hydraulic design principles, pp. 271, 1999
2. Heat Exchanger Design Handbook, Hemisphere Publishing Co., New York, 1983.
3. Kakac, S. and Liu, H., "Heat Exchangers-Selection, Rating, and Thermal Design", 2nd ed. CRC Press, New York, 2002.
4. Rohsenow, W. M.,"A Method of Correlating Heat Transfer Data for Surface Boiling of Liquids", Trans. ASME, vol.74, p.969, 1952.
5. Holman, J.P., "Heat Transfer", McGraw Hill International Edtion, Ninth Edition, 2002.
6. Meyer, C. A. , "Steam tables" thermodynamic and transport properties of steam / prepared, ASME, 1993.
7. Chin Pan and T.L. Lin,"Predictions of parametric effect on transition boiling under pool boiling conditions", International journal of heat and mass transfer, Oxford ; New York : Pergamon Press,1972.
8. Joseph H. Keenan ,"Steam tables : thermodynamic properties of water, including vapor, liquid, and solid phases" , New York, 1969.
9. Ramesh K. Shah, Dusan P. Sekulic , "Fundamentals of heat exchanger design ",Hoboken, 2003.
10. 王啟川,"熱交換器設計",五南圖書出版公司,P.279-289 (2007)。
11. 李昭仁,"加熱爐",台北市:高立,1990。
12. 黎昌貴,"大型超臨界機組關鍵技術研習",行政院及所屬各機關出國報告,P.10-13,台灣電力公司,2007。
13. 楊顯整,"超臨界綠色技術之概述",綠基會通訊,7-11頁(2009)。
14. 談駿嵩,"超臨界流體的運用",科學發展,12-17頁(2002)
15. 中華民國國家標準,"壓力容器(通則)",CNS9788 B5084,2005。
16. 中華民國國家標準,"不銹鋼棒",CNS3270 G3067,2006。
17. 中華民國國家標準,"壓力容器之胴體及端版",CNS9789 B5085,2005。

連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔