方冰机热工分析及蒸发器优化设计

发布时间：2020-05-27 18:24

【摘要】：人们消费水平的提高、生活方式的转变带来了方冰需求量不断上升,但是目前方冰机存在能效低,能耗大的缺点。本文以日产冰量1吨的方冰机作为研究对象,通过耗冷量计算与(火用)分析方法对现有方冰机系统进行热力学分析,探讨了方冰机系统用能情况;针对(火用)损失系数较大的蒸发器进行优化,基于Workbench传热模拟对蒸发器进行热工分析,说明蜂窝板换热器能有效地提高蒸发器的换热性能。运用CFD方法对蜂窝板结构参数优化进行研究,选用Mixture模型以及UDF编译对制冷剂进行相变模拟,探讨了蜂窝板焊点直径、焊点间距、板间距、折流焊道数量及长度多个结构参数对蒸发器传热性能以及阻力性能的影响,确定了符合方冰机实际工况的结构参数搭配方案,得到结论主要如下:(1)方冰机系统(火用)损失大,能源利用率低。通过(火用)分析计算,系统整体(火用)损失为77.76%,其中蒸发器(火用)损失率较高,(火用)损失系数为30.51%,主要原因是传统蒸发器结构形式存在不足,制冷剂铜管与制冰格传热面积小,导致热阻较大。(2)蜂窝板结构能有效提高蒸发器换热性能。通过Workbench瞬态传热模拟以及肋片传热计算,结果表明,采用蜂窝板换热器进行优化,接触面积增加,传热热阻降低,能耗损失减少,对提高制冰机能效有着积极作用。(3)板间距对蜂窝板综合性能有显著影响,焊点间距次之,焊点直径影响较弱。(4)在本文研究范围内,板间距与焊点间距越小,焊点直径越大,折流焊道数量越多,长度越大时,蜂窝结构越紧凑,制冷剂工质流动过程中扰动越强烈,换热效果更明显,换热性能越好,但是同时阻力系数增加,阻力变大,影响换热器的综合换热性能。相反,当流体流动空间增加,阻力减小,使传热性能变差;结合方冰机实际工况,在本次优化设计中,选用焊点直径D=7mm,板间距H=11mm,焊点间距L=40mm,折流焊道数量为3,长度为400mm的结构参数搭配可以获得最佳的综合性能。
【图文】：

结构图,凹凸式,换热板,蜂窝

费者身体健康产生严重危害。因此，制冰机技术,尤其是食用方冰机、管冰机要更加注重冰块质量安全这一方面的研究，提高过滤材料过滤性能，改善自动清洗消毒功能。1.3 蜂窝板式换热器工程技术进展及研究现状蜂窝板式换热器是基于凹坑强化换热原理的一种新型高效的换热器形式。根据加工工艺和结构形式的不同，蜂窝板式换热器主要有两种形式：凹凸式蜂窝板以及焊点式蜂窝板。凹凸式蜂窝换热板是按照一定的排列方式和间距，在换热板面上加工出一定深度的凹坑或凸胞，其凹凸式蜂窝换热板 1.1 所示。而根据换热板流道的形状，凹凸式蜂窝换热板主要有三种形式：凹坑板，凸胞板，凹坑-凸胞换热板[53]。

蜂窝板,焊点,结构示意图

(a) 单面鼓泡蜂窝板物理模型 (b) 双面鼓泡蜂窝板物理模型图 1.2 焊点式蜂窝板结构示意图[54].3.1 蜂窝板式换热器换热机理研究进展研究者们主要通过可视化实验、红外成像、数值模拟等方式来探究蜂窝板换器强化传热的机理[55-60]。对于凹凸式蜂窝板换热器而言，，传热强化的主要原因在于凹凸结构的流场形对称性的、周期性的漩涡和二次流，改变了边壁层流动特性，从层流过渡成紊，从而增强传热。Mahmood[55]通过搭建实验平台，采用红外热成像仪研究了凹对换热板中局部以及整体的流动和传热的影响，发现凹坑内形成了如图 1.3 所的周期性对涡。Ligrani[56]、Burgess[57]、Khalatov[58]等通过实验研究也得出了似结论。
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB657.1

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