【正文】 氣而引起的水蒸氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要在整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行十五分鐘后再開(kāi)始測(cè)量數(shù)據(jù)，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。完成實(shí)驗(yàn)，關(guān)閉天然氣瓶開(kāi)關(guān)以及其他各天然氣開(kāi)關(guān)；關(guān)閉空氣壓縮機(jī)；關(guān)閉蒸汽發(fā)生器電源，自然放置冷卻；關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)；關(guān)閉冷卻水閥門(mén)。調(diào)節(jié)過(guò)量空氣系數(shù)使之滿足此時(shí)CO的含量在50ppm以下，即保證天然氣完全燃燒；根據(jù)的據(jù)測(cè)量結(jié)果，反復(fù)調(diào)節(jié)天然氣閥門(mén)開(kāi)度、鼓風(fēng)量以及蒸汽發(fā)生器閥門(mén)開(kāi)度，以調(diào)節(jié)燃燒功率、過(guò)量空氣系數(shù)等，最終得到需要的混合氣體參數(shù)。保證整個(gè)系統(tǒng)的氣密性；（3）實(shí)驗(yàn)主要步驟打開(kāi)煙氣分析儀，先讓其自行調(diào)零；為保持冷卻水滿管流，打開(kāi)冷卻水閥門(mén)一段時(shí)間后，應(yīng)進(jìn)行放氣；在需要使用蒸汽發(fā)生器時(shí)，打開(kāi)使其產(chǎn)生一定量的蒸汽；按順序依次天然氣瓶開(kāi)關(guān)、減壓閥、室內(nèi)天然氣總開(kāi)關(guān)、鍋爐天然氣入口開(kāi)關(guān)以及氣動(dòng)閥門(mén)。（2）閥門(mén)、管道是否漏氣問(wèn)題實(shí)驗(yàn)中采用的是天然氣燃料，且燃料的流量測(cè)量關(guān)系到實(shí)驗(yàn)計(jì)算是否準(zhǔn)確，所以要特別注意閥門(mén)以及管道是否漏氣。實(shí)驗(yàn)前需要先做好一系列準(zhǔn)備工作，以保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。采用稱量的方法對(duì)接收的冷凝液的質(zhì)量進(jìn)行確定，并用秒表記錄實(shí)驗(yàn)時(shí)間，即可計(jì)算出冷凝液的流量。在實(shí)驗(yàn)中冷凝液接收裝置采用菱形凹槽的設(shè)計(jì)。冷凝液的流量的測(cè)量冷凝液流量即單位時(shí)間內(nèi)由冷凝形成的液體的質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)與電腦相連實(shí)時(shí)采集溫度。在測(cè)量時(shí)，在需要粘上熱電偶的地方鋸出一個(gè)小凹槽，利用鋁箔膠帶將熱電偶粘在凹槽內(nèi)，鋁箔膠帶的傳熱性能良好，面積很小，對(duì)總體傳熱影響很小，這樣熱電偶很容易固定。熱電偶就是利用這個(gè)原理來(lái)測(cè)量溫度的[15]。翅片頂部與基部溫度的測(cè)量 兩種不同成分的導(dǎo)體A和B連接在一起，形成一個(gè)閉合回路。冷卻水進(jìn)出口溫度的測(cè)量℃的玻璃溫度計(jì)在冷卻水的進(jìn)出口位置設(shè)置的溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)量此處冷卻水的溫度。 煙氣進(jìn)出口溫度的測(cè)量℃的玻璃溫度計(jì)在煙氣的進(jìn)出口位置設(shè)置的溫度測(cè)點(diǎn)測(cè)量此處煙氣的溫度。； ν混合氣體的運(yùn)動(dòng)粘度系數(shù)，m2實(shí)驗(yàn)段處，混合氣體的Re為： (212)其中： u混合氣體的來(lái)流速度，m但此時(shí)的計(jì)算都是在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行的，所以需要根據(jù)環(huán)境溫度和壓力換算成實(shí)際狀態(tài)下所生成的混合氣體的量及水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。 (29)可知此時(shí)水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)只與過(guò)量空氣系數(shù)有關(guān)。由于實(shí)驗(yàn)中保證煙氣分析儀測(cè)得的CO含量在50ppm以下，近似認(rèn)為燃料完全燃燒。天然氣中不含有S元素，所以可以認(rèn)為在產(chǎn)物中沒(méi)有SO2和H2S等成份。測(cè)量此時(shí)的過(guò)量空氣系數(shù)用來(lái)計(jì)算煙氣的流量。煙氣分析儀如圖23所示。因?yàn)榇藭r(shí)測(cè)量的是實(shí)際溫度與壓力下的流量，需要在計(jì)算時(shí)利用測(cè)得的環(huán)境溫度換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的天然氣流量。如：混合氣體流量、水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、實(shí)驗(yàn)工況運(yùn)行時(shí)間和Re等。（一）、測(cè)點(diǎn)的布置根據(jù)實(shí)驗(yàn)的需要，實(shí)驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置為：（1）燃?xì)夤艿劳ㄟ^(guò)二級(jí)減壓后設(shè)置壓力測(cè)點(diǎn)和天然氣流量測(cè)點(diǎn)，用U形管檢測(cè)燃?xì)膺M(jìn)入燃燒管前的壓力；（2）煙氣剛從燃燒管出來(lái)的位置設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)定煙氣的過(guò)量空氣系數(shù)以及CO含量；（3）布置電子秤，測(cè)量冷凝水質(zhì)量；（4）在實(shí)驗(yàn)所處環(huán)境中設(shè)置一溫度測(cè)點(diǎn)，測(cè)量環(huán)境溫度；（5）在煙氣進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段前和實(shí)驗(yàn)段出口的位置設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)；（6）在冷卻水管的進(jìn)出口位置設(shè)置溫度測(cè)點(diǎn)；（7）在翅片管上布置熱電偶，測(cè)量翅片與光管溫度；（8）在冷卻水管出口位置設(shè)置水表測(cè)量冷卻水流量。因此，測(cè)試系統(tǒng)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一部分。實(shí)驗(yàn)所用翅片為環(huán)形翅片，尺寸如下表所示：表22 翅片管結(jié)構(gòu)尺寸翅片結(jié)構(gòu)外徑壁厚翅厚翅高翅間距尺寸（mm）253105測(cè)試技術(shù)直接影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性，關(guān)系到得出的結(jié)論是否可信。圖21 實(shí)驗(yàn)鍛結(jié)構(gòu)尺寸圖實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)如圖21 所示，33的翅片管束（順排）布置于155mm高、143mm寬的矩形通道中，每一排的管的中心間距為50mm，為了便于測(cè)量以及收集冷凝水，管排的中心間距為90mm。實(shí)驗(yàn)段即冷凝換熱發(fā)生的部位，是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的重要的組成部分。實(shí)驗(yàn)中所用的冷卻水需要計(jì)量流量，冷卻水通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)后進(jìn)入冷卻水箱，從水箱上有管道與翅片管相連，并且管道的中心位置與翅片管的中心位置在同一水平位置上，以保證冷卻水平穩(wěn)的流入翅片管內(nèi)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)管道外部包裹15mm巖棉材料，以減小向環(huán)境的熱損失，并且能夠保證煙氣中的水蒸氣在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段之前沒(méi)有發(fā)生冷凝，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。圖22實(shí)驗(yàn)煙氣通道實(shí)物圖圖22為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)煙氣通道實(shí)物。通過(guò)旋轉(zhuǎn)風(fēng)泵引入冷空氣，冷空氣進(jìn)入管道之前需要通過(guò)轉(zhuǎn)子流量計(jì)，以便測(cè)量加入的空氣量。符合實(shí)驗(yàn)要求的煙氣在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段之前煙氣需要流過(guò)一段很長(zhǎng)的管道，以便煙氣中各種成分能夠充分混合。如圖11，燃燒產(chǎn)生的煙氣在管道中流動(dòng)，利用設(shè)置煙氣分析儀以觀測(cè)燃燒的情況并且分析煙氣成分。實(shí)驗(yàn)采用33的翅片管束作為傳熱界面，所用的燃?xì)鉃樘烊粴?，、壓力約為16MPa的儲(chǔ)氣罐，通過(guò)兩級(jí)減壓到約為2000Pa，以滿足實(shí)驗(yàn)中所用天然氣鍋爐的需要?！?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1HP34970A7蒸氣發(fā)生器1DZF3改變水蒸氣含量8煙氣分析儀1E2000測(cè)煙氣成分及過(guò)量空氣系數(shù)9燒杯3接收冷凝液10計(jì)算機(jī)1Lenovo R61i11電子天平1測(cè)量冷凝液質(zhì)量，12風(fēng)泵XFB113浮子流量計(jì)LZB4014熱水器2改變冷卻水溫度15秒表1記錄工況運(yùn)行時(shí)間為了能夠?qū)瑵窕旌蠚怏w橫掠翅片管束時(shí)的冷凝情況進(jìn)行觀察，本論文主要針對(duì)此進(jìn)行了翅片管管外的冷凝實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)改變煙氣的進(jìn)口溫度、冷卻水進(jìn)口溫度、水蒸氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和煙氣的流速來(lái)研究翅片管的冷凝換熱。熱電偶的電壓信號(hào)通過(guò)采集板進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)并進(jìn)行相關(guān)處理。被冷卻后的煙氣從排出口排出，凝結(jié)產(chǎn)生的冷凝液由燒杯接收，用天平對(duì)其進(jìn)行稱量。為了使煙氣在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)段前可以充分混合，在實(shí)驗(yàn)段前加一段管道。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如下：圖11 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖1燃燒管2蒸汽發(fā)生器 3煙氣分析儀 4鼓風(fēng)機(jī) 5實(shí)驗(yàn)段 6冷卻水箱 7冷凝水收集器整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由燃燒系統(tǒng)、測(cè)試系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)、收集系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)組成。實(shí)驗(yàn)選用天然氣作為燃料，使之與空氣混合燃燒產(chǎn)生的煙氣作為實(shí)驗(yàn)用氣體，選用蒸汽發(fā)生器來(lái)改變含濕混合氣體的水蒸汽濃度。但是對(duì)于混合氣體的對(duì)流凝結(jié)，研究還相當(dāng)少，特別是對(duì)不凝氣體體積含量在9%28%這一段的研究的很少。混合氣體在水平管外的對(duì)流換熱問(wèn)題是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，難點(diǎn)主要在以下兩個(gè)方面：第一，因?yàn)槭腔旌蠚怏w，所以涉及到傳熱傳質(zhì)的耦合問(wèn)題；第二，水平橫管外的流動(dòng)和換熱的影響因素復(fù)雜，目前還沒(méi)有非常精確的理論解，這也加大了問(wèn)題的難度。實(shí)驗(yàn)求出了傳熱因子、傳質(zhì)因子與雷諾數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系，同樣對(duì)以后的研究提出了一個(gè)新的切入點(diǎn)。上海交通大學(xué)谷波等人對(duì)螺紋管的膜狀冷凝換熱進(jìn)行了分析計(jì)算，并建立了換熱模型，對(duì)影響其換熱的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行了分析探討［13］。針對(duì)管束換熱特性的研究，莊正寧等人通過(guò)對(duì)水平管束間冷凝換熱特性的實(shí)驗(yàn)研究［12］，探討并分析了冷卻水流量及不凝性氣體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)管束冷凝換熱的影響規(guī)律和機(jī)理。針對(duì)冷凝式天然氣鍋爐，進(jìn)行煙氣余熱回收和研究，西安交通大學(xué)的學(xué)者利用加濕熱空氣模擬鍋爐尾部煙氣，進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，建立了一個(gè)新的準(zhǔn)則數(shù)并擬合了冷凝換熱Nu數(shù)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式［10］。西安建筑科技大學(xué)的學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立了含不凝性氣體的蒸汽冷凝換熱模型［9］。北京交通大學(xué)賈力教授等人主要針對(duì)含濕混合氣體在水平單管管外的對(duì)流冷凝換熱進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究［8］。 實(shí)驗(yàn)研究對(duì)蒸氣混合物冷凝現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究，得到了換熱系數(shù)關(guān)于空氣體積含量和蒸氣混合物與冷卻表面之間溫差的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式，他發(fā)現(xiàn)，%時(shí)，總的凝結(jié)換熱系數(shù)將會(huì)減少50% 。有的學(xué)者直接用數(shù)值計(jì)算方法求解運(yùn)動(dòng)、傳熱、傳質(zhì)的方程組。（4）其它方法Katote[7]分析研究了少量不凝性氣體對(duì)多組元蒸氣混合物凝結(jié)液膜的影響。因此，邊界層法在應(yīng)用上受到了限制。在層流狀態(tài)下，邊界層微分方程通過(guò)相似變換可變成常微分方程，因此可以獲得相似解。（2）氣相熱阻法氣相熱阻法由Silve[5]和Bell[6]等人提出的，假設(shè)氣相傳熱系數(shù)是氣相在系統(tǒng)中單獨(dú)流動(dòng)時(shí)的換熱系數(shù)，不計(jì)凝結(jié)層上界面波動(dòng)的影響，也忽略了傳質(zhì)對(duì)它的影響。（1） 雙膜理論法。隨著研究的不斷深入以及實(shí)際工程的需要，并且由于強(qiáng)化傳熱技術(shù)的廣泛應(yīng)用，開(kāi)始對(duì)不凝性氣體存在時(shí)的混合氣體在翅片管外和管內(nèi)的冷凝進(jìn)行研究。而實(shí)驗(yàn)方法則是基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式， 用換熱系數(shù)或?qū)儍粽魵饽Y(jié)液膜熱阻的修正因子來(lái)表示。目前基于本課題相關(guān)方面的研究，主要采用兩種方式：理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。因此，低溫下預(yù)熱冷水可獲得高的回收率，而在較高的溫度下輸出熱能會(huì)降低可以回收的能量數(shù)量。如果利用溫度接近排煙的露點(diǎn)溫度，僅能回收較少的熱量。天然氣燃燒系統(tǒng)的熱效率提高潛力較大。根據(jù)國(guó)外資料報(bào)導(dǎo)，降低到露點(diǎn)之前的顯熱回收可使鍋爐系統(tǒng)熱效率提高2%5%。對(duì)于天然氣鍋爐，煙氣中水蒸氣所攜帶的熱損失可以占整個(gè)排煙損失的55%75%,具體數(shù)值取決于排煙溫度和過(guò)量空氣系數(shù)。燃料在常規(guī)鍋爐中燃燒時(shí)，燃料高位熱值（HHV）的80%85%傳給了工質(zhì)，其余的熱量通過(guò)排煙和表面散熱損失到環(huán)境大氣中。水蒸氣主要來(lái)自燃料中氫的燃料，一小部分水蒸氣來(lái)自參加燃燒的空氣的濕度，其余來(lái)自燃料本身氫燃燒帶來(lái)的水分。顯熱損失取決于煙氣的溫度和煙氣組成成分的熱容量。當(dāng)主流煙氣的溫度也達(dá)到對(duì)應(yīng)水蒸氣分壓力的飽和溫度時(shí)，大量的水蒸氣就會(huì)凝結(jié)下來(lái)，從而放出大量的汽化潛熱。一般情況下，沿?zé)煔庑谐?，隨著熱交換的進(jìn)行、煙氣溫度的降低，煙氣中的上述各種成分僅放出顯熱，將熱量傳給工質(zhì)。將物質(zhì)在相轉(zhuǎn)變時(shí)所吸收或放出的熱量稱為潛熱。但這是指物質(zhì)的“態(tài)”不發(fā)生改變的情形。另外，在冷凝煙氣中水蒸氣的同時(shí)，也可以方便地除去煙氣中的有害物質(zhì)，因此對(duì)保護(hù)環(huán)境也具有重要意義。實(shí)測(cè)表明，煙氣中CO2的含量高，露點(diǎn)溫度也高。因?yàn)榛厮疁囟仍降?，煙氣中水蒸氣越易冷凝。因?yàn)闅怏w燃料的高位發(fā)