基于模块化过冷解除的冰浆制取系统实验研究
发布时间：2021-08-05 11:04
过冷水法动态冰浆制取技术具有传热效率高、系统简单等优点,但过冷却器易发生冰堵是影响其稳定性的突出问题。本文提出一种基于模块化过冷解除装置的动态制冰系统,利用设置在过冷却器内的可灵活拆装式螺旋叶片对制冰溶液进行过冷解除,同时刮削换热壁面上粘附的冰晶。测试了不同工况下该制冰系统的性能,结果表明该制冰系统可稳定产出冰浆并有效改善冰堵问题,最高含冰率达9. 1%,最大持续制冰时间可达521 s。冰浆含冰率与持续制冰时间成正比。Na Cl添加剂质量分数为6%时对冰浆含冰率和持续制冰时间的改善效果显著。实验获得制冰系统最佳运行参数:制冰溶液体积流量为0. 50 m3/h、二次冷媒起始温度为-15℃、螺旋叶片转速为175～225 r/min。
【文章来源】：制冷学报. 2020,41(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
螺旋叶片转速对冰浆制取性能的影响
过冷水法动态制冰技术中，对于制冰溶液的过冷度研究意义重大，较大的过冷度可维持制冰溶液过冷状态的稳定性。本文通过监控实验系统产生冰浆时制冰溶液出口温度的变化，获得了不同浓度NaCl溶液可获得的最大过冷度，实验结果与文献[22]中呈现的趋势一致，对比结果如表3所示。文献[22]从吉布斯自由能的角度解释了NaCl溶液过冷度与溶液质量分数的关系，理论上过冷度随溶液质量分数的增大而减小，但在低溶液浓度情况下，溶液基本无过冷度。
模块化过冷解除装置动态制冰系统如图1所示，该系统主要由过冷却器、过冷解除装置、电机(5IK180RGU-CF,BOSCH)、蓄冰槽、二次冷媒供给系统和温度采集系统组成。过冷却器主要结构为套管式换热器(内管Φ50×2 mm,T2紫铜;外管Φ76×3.5mm,304不锈钢)，换热器及所有管路均采用保温材料进行隔热处理。内外管间隙中通有二次冷媒(长城FD-2多效防冻液)，内管中流动的制冰溶液与其采用逆流布置，蓄冰槽下层的制冰溶液经由水泵(MP-20RM-220，西山)、闸阀及涡轮流量计(LWGYB-15，帆扬)进入过冷却器，吸收套管间隙中二次冷媒的冷量后冷却至过冷状态，随后位于过冷却器内部的过冷解除装置对过冷水溶液进行扰动，进而解除其过冷状态生成冰晶，同时刮除换热壁面上粘附的冰晶，混合形成冰浆推送至蓄冰槽完成制冰溶液循环。二次冷媒由低温槽(HX-2050，庚雨)实现控温。实验系统布置有6个温度传感器(PT100，拓普瑞)，由温度记录仪(TP1608，拓普瑞)采集数据。表1所示为实验系统所用设备的工作范围及误差。过冷解除装置主要由多组螺旋叶片和中心轴(Φ20×1 700 mm,304不锈钢)组成，单组螺旋叶片实物如图2所示，采用3D打印加工，材质为光敏树脂，表面敷有PTFE涂层(JF-4DC，福德塑化)以增加其疏水性。螺旋叶片圆筒内设有两个平键用于与中心轴的键槽配合，可按需固定不同数量的螺旋叶片，实现过冷解除装置模块化。螺旋叶片边缘与过冷却器内管内壁的间距为0.5 mm。电机通过联轴器带动过冷解除装置旋转，配有减速箱及调速器。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型石蜡乳液冰浆制备与性能实验研究[J]. 杨明明,孙志高,刘旻瑞,朱明贵,王晓春,李翠敏,李娟,黄海峰. 制冷学报. 2017(05)
[2]刮片式流化冰制冰机制冰特性研究[J]. 王飞波,王磊,李敏霞,王欢. 工程热物理学报. 2016(08)
[3]混合量热法测定水合物浆体蓄冷密度[J]. 张龙明,李璞,李娜,杨行. 制冷学报. 2014(06)
[4]多地铁站冰浆集中供冷系统在不同气候区的适用性[J]. 张旭,王群. 重庆大学学报. 2014(08)
[5]纳米氟碳涂层抑制过冷却器冰堵的机理[J]. 王虹,何国庚,田奇琦,杨丽媛. 制冷学报. 2012(01)
[6]均质形核结冰随机性及形核率的研究[J]. 曲凯阳,江亿. 物理学报. 2000(11)
博士论文
[1]基于纳米氟碳涂层材料的过冷水动态制冰理论与实验研究[D]. 王虹.华中科技大学 2013
本文编号：3323641
【文章来源】：制冷学报. 2020,41(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
螺旋叶片转速对冰浆制取性能的影响
过冷水法动态制冰技术中，对于制冰溶液的过冷度研究意义重大，较大的过冷度可维持制冰溶液过冷状态的稳定性。本文通过监控实验系统产生冰浆时制冰溶液出口温度的变化，获得了不同浓度NaCl溶液可获得的最大过冷度，实验结果与文献[22]中呈现的趋势一致，对比结果如表3所示。文献[22]从吉布斯自由能的角度解释了NaCl溶液过冷度与溶液质量分数的关系，理论上过冷度随溶液质量分数的增大而减小，但在低溶液浓度情况下，溶液基本无过冷度。
模块化过冷解除装置动态制冰系统如图1所示，该系统主要由过冷却器、过冷解除装置、电机(5IK180RGU-CF,BOSCH)、蓄冰槽、二次冷媒供给系统和温度采集系统组成。过冷却器主要结构为套管式换热器(内管Φ50×2 mm,T2紫铜;外管Φ76×3.5mm,304不锈钢)，换热器及所有管路均采用保温材料进行隔热处理。内外管间隙中通有二次冷媒(长城FD-2多效防冻液)，内管中流动的制冰溶液与其采用逆流布置，蓄冰槽下层的制冰溶液经由水泵(MP-20RM-220，西山)、闸阀及涡轮流量计(LWGYB-15，帆扬)进入过冷却器，吸收套管间隙中二次冷媒的冷量后冷却至过冷状态，随后位于过冷却器内部的过冷解除装置对过冷水溶液进行扰动，进而解除其过冷状态生成冰晶，同时刮除换热壁面上粘附的冰晶，混合形成冰浆推送至蓄冰槽完成制冰溶液循环。二次冷媒由低温槽(HX-2050，庚雨)实现控温。实验系统布置有6个温度传感器(PT100，拓普瑞)，由温度记录仪(TP1608，拓普瑞)采集数据。表1所示为实验系统所用设备的工作范围及误差。过冷解除装置主要由多组螺旋叶片和中心轴(Φ20×1 700 mm,304不锈钢)组成，单组螺旋叶片实物如图2所示，采用3D打印加工，材质为光敏树脂，表面敷有PTFE涂层(JF-4DC，福德塑化)以增加其疏水性。螺旋叶片圆筒内设有两个平键用于与中心轴的键槽配合，可按需固定不同数量的螺旋叶片，实现过冷解除装置模块化。螺旋叶片边缘与过冷却器内管内壁的间距为0.5 mm。电机通过联轴器带动过冷解除装置旋转，配有减速箱及调速器。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型石蜡乳液冰浆制备与性能实验研究[J]. 杨明明,孙志高,刘旻瑞,朱明贵,王晓春,李翠敏,李娟,黄海峰. 制冷学报. 2017(05)
[2]刮片式流化冰制冰机制冰特性研究[J]. 王飞波,王磊,李敏霞,王欢. 工程热物理学报. 2016(08)
[3]混合量热法测定水合物浆体蓄冷密度[J]. 张龙明,李璞,李娜,杨行. 制冷学报. 2014(06)
[4]多地铁站冰浆集中供冷系统在不同气候区的适用性[J]. 张旭,王群. 重庆大学学报. 2014(08)
[5]纳米氟碳涂层抑制过冷却器冰堵的机理[J]. 王虹,何国庚,田奇琦,杨丽媛. 制冷学报. 2012(01)
[6]均质形核结冰随机性及形核率的研究[J]. 曲凯阳,江亿. 物理学报. 2000(11)
博士论文
[1]基于纳米氟碳涂层材料的过冷水动态制冰理论与实验研究[D]. 王虹.华中科技大学 2013
本文编号：3323641
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3323641.html
