直接接觸式二元冰制備過程特性研究.pdf

1、二元冰是指某類(如乙二醇)水溶液和冰晶粒子的混合物，呈泥漿狀的懸浮液，具有單位體積熱容量大且流動性好等特點(diǎn)，能夠被泵送，通常也稱為“冰漿”，在世界發(fā)達(dá)國家已進(jìn)入實用階段，是一種具有前途的供冷介質(zhì)。采用直接接觸式制冰與其他制冰方式相比具有高效、節(jié)能等特點(diǎn)。直接接觸式換熱與傳統(tǒng)的盤管式傳熱方式相比，它的熱阻大大減小，并消除了換熱面結(jié)垢和腐蝕對換熱的影響，直接接觸式換熱應(yīng)用于蓄冷正逐步引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，它擺脫了傳統(tǒng)制冰方式帶來的冰層厚度增

2、長、附加熱阻增加的問題，從而可大大提高制冷機(jī)組的制冷效率。因此開展直接接觸式蓄冷系統(tǒng)，特別是對其共混傳熱特性的研究對直接接觸式蓄冷系統(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化有著十分重要的指導(dǎo)意義。 本文的研究工作主要集中在以下方面： 首先，作者提出了液滴顯熱換熱的物理模型，得到了制冰罐內(nèi)水溫隨時間變化等式通解，并進(jìn)一步分析了不同情況下的解法；推導(dǎo)了液滴表面換熱系數(shù)，并提出采用將不同時刻水溫測量值和計算值之間的方差最小化方法確定λ值；提出了以液滴下

3、降過程為基礎(chǔ)的傳熱模型，利用液滴下降過程受力平衡原理推導(dǎo)得到液滴理想下沉速度，以及在此速度下的雷諾數(shù)表達(dá)式；指出通過求解e-λeq得到液滴表面換熱系數(shù)，進(jìn)而求得容積換熱系數(shù)αv，通過與試驗值的比較，發(fā)現(xiàn)兩者的均方根相對誤差在10％以內(nèi)。 為了開展直接接觸式二元冰制備技術(shù)以及顯熱換熱特性試驗研究，自行研制了一套具有蓄冷、放冷和測試系統(tǒng)的直接接觸式二元冰蓄冷試驗臺。該系統(tǒng)具有以下功能：(1)制冰罐內(nèi)冰晶形成的規(guī)律研究；(2)制冰罐內(nèi)

4、傳熱規(guī)律的試驗研究；(3)蓄冷裝置效率的研究；(4)試驗臺放冷規(guī)律的試驗研究；(5)直接接觸式蓄冷介質(zhì)的選擇研究；(6)二元冰流動阻力特性研究。 提出了以容積換熱系數(shù)為研究對象，對直接接觸式二元冰系統(tǒng)中的制冰罐進(jìn)行傳熱研究，以形成冰晶的HCFC123與水進(jìn)行大量的試驗研究，著重考察了制冰罐內(nèi)載冷劑噴口速度、噴口位置、乙二醇濃度、攪拌器等因素對制冰罐內(nèi)容積換熱系數(shù)影響，并研究了上述因素對制冰罐內(nèi)溫度分布的影響。 通過試驗研

5、究發(fā)現(xiàn)，制冰罐內(nèi)容積換熱系數(shù)隨載冷劑噴口流速的增加而增大。隨噴口位置上升而增大。對于攪拌器的影響，試驗研究表明，開啟攪拌器有助于提高罐內(nèi)容積換熱系數(shù)。研究還表明，容積換熱系數(shù)隨乙二醇濃度的減小而增大。通過試驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，增大制冰速率的關(guān)鍵是提高容積換熱系數(shù)。 通過試驗發(fā)現(xiàn)，攪拌器功率可間接反應(yīng)罐內(nèi)冰漿濃度，經(jīng)過進(jìn)一步的研究，有望成為在線測量冰漿濃度的一種方法。 分析了直接接觸式二元冰蓄冷試驗臺在實驗過程中出現(xiàn)的問題，并提出