两级机械蒸汽再压缩系统热力特性与优化研究

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1、硕士学位论文两级机械蒸汽再压缩系统热力特性与优化研究RESEARCHONTHERMODYNAMICCHARACTERISTICSANDOPTIMIZATIONOFTWO-STAGEMECHANICALVAPORRE-COMPRESSIONSYSTEM孙文哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TQ051.5学校代码：10213国际图书分类号：66密级：公开工程硕士学位论文两级机械蒸汽再压缩系统热力特性与优化研究硕士研究生：孙文导师：张承虎副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：建筑学院答辩日期：2018年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TQ051.5U.D.C:66DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONTHERMODYNAMICCHARACTERISTICSANDOPTIMIZATIONOFTWO-STAGEMECHANICALVAPORRE-COMPRESSIONSYSTEMCandidate：SunWenSupervisor：Assoc.Prof.ZhangChenghuAcademicDegreeAppliedfor：Master

3、ofEngineeringSpeciality：ConstructionandcivilengineeringAffiliation：SchoolofArchitectureDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要单级机械蒸汽再压缩系统广泛应用于各类蒸发浓缩领域，是节能降耗的有效形式。其对于沸点温升低、蒸发量大的物料具有较好的适用性和节能性。当物料的沸点温升较高时，水蒸气压缩机

4、能耗显著提升，导致单级系统的节能性大幅降低。为有效解决上述问题，本文以沸点温升较大的硫酸镁溶液作为研究对象，设计了两级机械蒸汽再压缩系统，通过一级蒸发器对初期浓度、沸点温升均较低时的溶液先预先蒸发，二级蒸发器再继续蒸发至饱和状态，实现了蒸发浓缩过程的进一步节能。本文主要包括以下研究内容：（1）竖管降膜蒸发器传热传质过程数值模拟研究。以硫酸镁溶液在竖直管内的降膜蒸发过程为研究对象，考虑传质过程对传热的影响因素，对两级系统中的竖管降膜蒸发器进行传热传质研究；在适当简化传热、传质相互耦合复杂过程的基础上，采用数值解法求解液膜在管内蒸发

5、的温度场、浓度场分布。并分析壁温、进口溶液浓度、进口溶液流量等对其传热性能的影响。（2）MVR水蒸气压缩机热力特性与蒸汽平衡研究。比较和分析R245fa工质与水蒸气在MVR系统不同工况下对压缩机结构设计与能耗的影响规律，提出适合低温蒸发的热泵蒸发系统；构建MVR压缩机能耗分析数学模型；在硫酸镁溶液的物性特点分析的基础上，对MVR系统的热量平衡、蒸汽平衡进行了研究，得出了蒸发压力、传热温差、物料出口浓度和喷入饱和水量对抽气量的影响规律。（3）两级机械蒸汽再压缩系统数学建模。通过分析硫酸镁溶液蒸发浓缩与结晶过程中的实际工艺要求，建立

6、两级MVR系统的工艺流程；在热力学分析的基础上，构建两级MVR系统热力模型以及各换热器传热计算模型；由于二级强制循环泵的能耗不可忽略，同时建立了循环泵的能耗数学模型。（4）两级机械蒸汽再压缩系统的优化设计。通过分析热力模型，选取实际工况条件下的一级蒸发器内蒸发压力、一级蒸发器出口溶液浓度等6个关键参数作为优化变量；综合考虑系统节能性与经济性，选取系统年总费用作为优化目标函数，并通过遗传算法对两级MVR系统进行优化设计，得出最小的年总费用值为122.2万元/年。关键词：两级MVR系统；降膜蒸发；MVR压缩机；遗传算法I哈尔滨工业大

7、学工程硕士学位论文AbstractThesingle-stagemechanicalvaporre-compressionsystemiswidelyusedinvariousevaporationandconcentrationfiled.Itisaneffectiveformofenergysavingandconsumptionreduction.Ithasgoodapplicabilityandenergy-savingpropertiesformaterialswithlowboilingpointsandhighev

8、aporationcapacity.Whenthetemperatureriseoftheboilingpointofthematerialishigh,theenergyconsumptionofwatervaporcompressorissignifican