管翅式換熱器中冰漿相變換熱特性.pdf

1、冰漿作為一種相變固液兩相流，因其中所含冰粒子融化能釋放大量潛熱而具有高能量密度，又因兼具良好的流動(dòng)性，使其在漁業(yè)冷藏、醫(yī)療冷卻保護(hù)、食品保鮮和建筑降溫等領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。在區(qū)域供冷系統(tǒng)中，用冰漿代替?zhèn)鹘y(tǒng)冷凍水作為載冷介質(zhì)，不僅能降低載冷介質(zhì)的流量和輸送泵耗、減小系統(tǒng)管網(wǎng)尺寸，而且將其與冰蓄冷技術(shù)結(jié)合起來，能對(duì)夏季用電高峰時(shí)期的電網(wǎng)負(fù)荷起到“抑峰平谷”的作用，并充分利用峰谷電價(jià)的優(yōu)勢，是實(shí)現(xiàn)能源高效利用和降低建筑運(yùn)行能耗的理想途徑之一

2、。
　　不同于組分濃度恒定的傳統(tǒng)固液兩相流（如沙漿），冰漿中固相冰粒子的濃度在流動(dòng)和換熱過程中是不斷變化的。根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道，將冰漿直接應(yīng)用于目前針對(duì)單相流設(shè)計(jì)的換熱器并不能充分發(fā)揮其相變換熱的優(yōu)勢。而管翅式換熱器作為空調(diào)系統(tǒng)中常用的末端換熱設(shè)備，是冰漿應(yīng)用的主要對(duì)象之一，但目前對(duì)冰漿在其中進(jìn)行相變換熱的理論研究還較少，有必要對(duì)影響冰漿介質(zhì)管翅式換熱器換熱性能的主要因素進(jìn)行深入分析。本文基于VOF(Volume of Fluid)

3、方法，并考慮冰漿相變換熱過程對(duì)冰粒子濃度、冰漿熱物性參數(shù)及冰漿流動(dòng)特性的影響，建立了適用于管翅式換熱器中冰漿相變換熱的數(shù)值模型。基于數(shù)值模型中的能量方程，還發(fā)展了一個(gè)描述換熱器空氣出口溫度及換熱量的偏微分方程模型并求得其解析解。隨后，利用文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)上述數(shù)值模型和解析解進(jìn)行了驗(yàn)證，并通過數(shù)值模擬和解析解的計(jì)算結(jié)果分析了管翅式換熱器中冰漿的冰粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)和換熱特性等的變化規(guī)律。同時(shí)，本文利用定制加工的管翅式換熱器，對(duì)冰漿在其中相變換

4、熱的過程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試。最后，利用實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行了進(jìn)一步的驗(yàn)證和修正，并利用修正后的數(shù)值模型針對(duì)翅片寬度對(duì)冰漿管翅式換熱器換熱性能的影響進(jìn)行了模擬和分析。
　　研究結(jié)果表明，使用冰漿作為載冷介質(zhì)時(shí)，管翅式換熱器換熱性能受到冰漿中冰粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的重要影響。隨著冰漿入口冰粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，管翅式換熱器的換熱量會(huì)隨之增大，然后達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，此時(shí)，冰粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)換熱器換熱性能的影響達(dá)到最優(yōu)，其對(duì)應(yīng)的入口冰粒子質(zhì)量分?jǐn)?shù)臨界