载冷剂温度及流速对螺旋管蓄冰性能影响-沧州中载制冷工程有限公司
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载冷剂温度及流速对螺旋管蓄冰性能影响

2020-02-29 16:20:16
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在我国,每到夏季用电高峰期,电力会供应不足,同样的,夜间用电低谷期电力也未能被有 效利用。针对这种现象,冰蓄冷空调应运而生,实现电负荷的“移峰填谷”。近几年,人们对冰蓄冷系统的研 究在不断推进。家采用单工况制冰机组与常规制冷机组相结合的系统进行蓄冰、供冷,分析系统在投资和运行费用方面的好处。其他人也基于温湿度独 立控制的概念,将冰蓄冷系统与毛细管辐射及地源耦合,降低能耗、提高舒适度。其中,冰蓄冷空调的蓄冰方式有多种,螺旋管的结构使得流体在垂直流动方向上会产生二次环流,从而增强流体之间的换热能力。建立了直接蒸发式盘管结冰过程的动态数学模型,运用有限差分法进行数值求解。提出了分离式螺旋热管蓄冷空调系统,研 究管外冰层厚度、蓄冰率等随时间的变化关系。搭建了蓄冰系统实验台,对内融式盘管蓄冰系统进行实验研 究,并利用Matlab搭建蓄冰系统仿真实验台,分析不同管材、管径对蓄冰、融冰性能的影响。采用中间加装直管段的方式对螺旋管蓄冰装置进行优化。但上述研 究中缺少运行参数变化对螺旋管蓄冰装置的影响。本文利用ANSYS软件模拟蓄冰过程,研 究载冷剂温度及速度变化对蓄冰性能的影响,重 点阐述运行参数变化对螺旋管这种结构的影响。同时,提出对螺旋管结构的优化方案,为螺旋管蓄冰的 运行工况提供理论基础。
  1蓄冰模型的建立
  蓄冰装置内部存在相变过程,且蓄冰过程存在显热蓄冰、潜热蓄冰两个过程,为了方便数学模型的建立,提出合理假设:
  1)相变材料是均匀、各向同性的;
  2)假设相变过程中,比容、导热系数、密度等为常数,不随相变过程发生改变;3)管内载冷剂是不可压缩的牛顿流体;
  4)蓄冰装置圆筒外壁面绝热;
  5)忽略管壁的导热热阻和蓄热能力。
  2蓄冰过程数值模拟及验证
  当载冷剂乙二醇溶液温度较低时,蓄冰装置内液相率较低,蓄冰性能佳。269K时,蓄冰桶内的平均液相率为78.1%;266K时平均液相率为67.9%;263K时平均液相率为58.4%,故载冷剂温度每下降3℃,液相率降低约14%。这是由于在蓄冰过程中,水溶液初始温度相同。
  通过家的实验,总结出来了以下几点:
  1)载冷剂入口温度对蓄冰性能具有较大影响,入口温度从269K到263K每下降3℃,液相率降低14%。蓄冰过程中,由于冰层热阻的增加,单位蓄冰量逐渐减小。2)载冷剂入口流速对蓄冰性能影响较小,入口流速由1m/s提高至3m/s时,装置蓄冰率大致降低2%,降低不明显。螺旋管自身的结构使得流体能够不断破坏边界层,小幅度的流速提升对整体换热影响不大。从热阻角度分析,流速的增大也仅能对蓄冰初期有所影响。3)观察冰层的均匀度可发现:当管径较小时,螺距可适当减小;当管径较大时,螺距则可以适当加大,避免相邻冰层的重复结冻;可适当减小螺径,各个区域结冰的均匀度。