真空法制備冰漿的數(shù)值模擬和理論研究.pdf

1、隨著人們生活水平的提高，對生活舒適性的要求也越來越高，所以對空調(diào)等電器的使用也越頻繁，電網(wǎng)的耗能以及電網(wǎng)峰谷差愈來愈大。為了緩解電網(wǎng)的用電壓力，具有溫度穩(wěn)定、易于控制、蓄冷密度高、熱設(shè)計靈活性強、相對濕度較低和較高的空調(diào)品質(zhì)的靜態(tài)冰蓄冷技術(shù)應(yīng)運而生，但是其同時又具有一些不可避免的缺陷。因此，為了改變這一現(xiàn)狀，動態(tài)冰蓄冷技術(shù)逐漸成為近些年來國內(nèi)外學(xué)者爭相研究的對象。
　　 實現(xiàn)動態(tài)冰蓄冷的介質(zhì)—冰漿，俗稱二元冰，一般是指含有大量的

2、平均直徑小于1mm的懸浮冰晶粒子的固液兩相溶液。它是一種新型的性能優(yōu)良的載冷和蓄冷介質(zhì)，可以廣泛運用于建筑空調(diào)供冷、高溫礦井降溫、食品儲藏、消防以及醫(yī)療上的器官迅速冷卻等。目前，冰漿的制取方法主要有過冷水法、刮削法、真空噴霧法、直接接觸法以及流化床法，其中真空法具有很多其它方法不具備的優(yōu)勢，且國內(nèi)外關(guān)于其的研究還不是很完善，所以本文進(jìn)行的主要是真空法制取冰漿的相關(guān)研究。真空法制取冰漿的原理是，利用水所處的壓力與其沸點一一對應(yīng)的關(guān)系，壓力

3、越低，水的沸點也隨之降低，降低壓力使水達(dá)到三相點，同時通過噴嘴噴水增大水的表面積，實現(xiàn)水滴表面在低壓下迅速吸熱蒸發(fā)而其內(nèi)部同時降溫，擁有一定的過冷度，并最終破壞過冷度，實現(xiàn)結(jié)晶生成冰漿。
　　 為了研究真空噴霧法制取冰漿的性能，本文通過理論分析、數(shù)值模擬與設(shè)計，同時結(jié)合已有的實驗結(jié)果以及參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)能效分析，對其進(jìn)行研究。
　　 首先，為了分析影響真空室內(nèi)噴霧過程的各控制參數(shù)，探究其對于冰晶生成的影響，本文對于真空室內(nèi)壓

4、力旋流噴嘴的外部霧化流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，同時分析了噴霧過程對噴嘴外部流場產(chǎn)生的影響，總結(jié)出壓力旋流霧化噴嘴的選擇參照依據(jù)。
　　 其次，通過對真空室內(nèi)噴霧制冷的傳熱傳質(zhì)過程的進(jìn)一步研究，建立了數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)出穩(wěn)態(tài)條件下噴頭噴射入真空室內(nèi)的水滴的內(nèi)部溫度隨著下降距離的變化關(guān)系。
　　 另外，在已有的真空噴霧法制備冰漿的實驗設(shè)備基礎(chǔ)上，本文設(shè)計出了可以實現(xiàn)冰漿連續(xù)制備的實驗系統(tǒng)。
　　 最后，本文采用已有的計算冷量(

5、炯)以及(炯)損失的公式，對實驗室用真空噴霧制取冰漿系統(tǒng)制取冰漿過程中的四個關(guān)鍵環(huán)節(jié)（冷水冰水混合、真空室內(nèi)噴霧閃蒸、捕水器內(nèi)蒸汽凝結(jié)成霜、制冷機制備低溫鹽水）進(jìn)行計算，得出各個環(huán)節(jié)(炯)損失以及整個系統(tǒng)的(炯)效率。結(jié)果表明:實驗用真空室內(nèi)噴霧閃蒸環(huán)節(jié)的(炯)效率較高，捕水器內(nèi)蒸汽凝結(jié)成霜的(炯)效率較低，制冷機組制備低溫鹽水(炯)效率最低，(炯)損最大，導(dǎo)致整個系統(tǒng)的(炯)效率相對較低。為了提高真空閃蒸制取冰漿系統(tǒng)的能耗，應(yīng)對低溫鹽