直接接觸式二元冰制備過(guò)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(dòng)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(guó)家已進(jìn)入實(shí)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(pán)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(duì)換熱的影響，直接接觸式換熱應(yīng)用于蓄冷正逐步引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，它擺脫了傳統(tǒng)制冰方式帶來(lái)的冰層厚度增

2、長(zhǎng)、附加熱阻增加的問(wèn)題，從而可大大提高制冷機(jī)組的制冷效率。因此開(kāi)展直接接觸式蓄冷系統(tǒng)，特別是對(duì)其共混傳熱特性的研究對(duì)直接接觸式蓄冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)刻水溫測(cè)量值和計(jì)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(guò)程為基礎(chǔ)的傳熱模型，利用液滴下降過(guò)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(guò)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(guò)與試驗(yàn)值的比較，發(fā)現(xiàn)兩者的均方根相對(duì)誤差在10％以內(nèi)。 為了開(kāi)展直接接觸式二元冰制備技術(shù)以及顯熱換熱特性試驗(yàn)研究，自行研制了一套具有蓄冷、放冷和測(cè)試系統(tǒng)的直接接觸式二元冰蓄冷試驗(yàn)臺(tái)。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(yàn)研究；(3)蓄冷裝置效率的研究；(4)試驗(yàn)臺(tái)放冷規(guī)律的試驗(yàn)研究；(5)直接接觸式蓄冷介質(zhì)的選擇研究；(6)二元冰流動(dòng)阻力特性研究。 提出了以容積換熱系數(shù)為研究對(duì)象，對(duì)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(yàn)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(duì)制冰罐內(nèi)容積換熱系數(shù)影響，并研究了上述因素對(duì)制冰罐內(nèi)溫度分布的影響。 通過(guò)試驗(yàn)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(duì)于攪拌器的影響，試驗(yàn)研究表明，開(kāi)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(guò)試驗(yàn)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(guò)試驗(yàn)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(guò)進(jìn)一步的研究，有望成為在線測(cè)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(yàn)臺(tái)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出