内翅板式蒸发冷凝器的性能分析及试验研究

发布时间：2020-02-17 00:06

【摘要】：蒸发式冷凝器以节能节水、结构紧凑等优点成为目前的研究热点。本文为强化内翅板式蒸发冷凝器的换热性能针对内翅板式蒸发冷凝器的换热单元内部结构和换热单元板片结构进行模拟优化研究,并通过试验研究喷淋密度对蒸发式冷凝器板外气液两相降膜流动特性的影响。具体研究内容及结论如下:一、提出了一种新型的内翅板蒸发式冷凝器,对其传热特性进行研究及优化。研究不同隔板长度和增加肋片对强化传热性能的影响。结果表明:换热单元板内制冷剂流动湍流强度随隔板长度增加而增强,出口温度随隔板长度增长而降低;出口温度随肋片间距增大而降低;出口温度随肋片高度升高而降低;优化的板内结构为隔板长度410mm、肋片高度20mm、肋片间距70mm时,出口温度相比原模型降低了6.1%,湍流强度增强19.5%;在蒸发温度为268.15K时,单位制冷量比原模型增加了20.5%,制冷系数增大了21.83%,换热性能得到显著增强。二、对比分析了几种新型的板片结构。研究板片构型、喷淋水喷淋密度、空气入口速度等因素对气液两相流流体流动及传热性能的影响。结果表明:半圆波纹板有较慢的水膜稳定时间和较大的换热面积,换热性能较好;不同板片结构的蒸发式冷凝器具有不同的最佳喷淋水喷淋密度,最佳喷淋密度区间范围为0.48~0.93kg/(ms);空气入口速度一定时,半圆波纹板的壁面温度随喷淋密度增大而增大,气液界面温度随喷淋密度增大而减小;当空气入口速度小于2.5m/s时,空气入口速度的适当增大能有效减薄半圆波纹板板外水膜厚度,强化换热。三、建立了内翅板式板蒸发冷凝器换热板片水膜流动特性实验平台,试验测试不同喷淋密度下各换热板片水膜流动形态及喷淋密度对换热板片温度场的影响。结果表明:水膜厚度随喷淋密度减小而减薄;喷淋密度较大时,受板型及气液剪切力影响,水膜流动向中心区域聚集,且部分区域会出现水膜飞溅现象;半圆波纹板在喷淋密度分别为0.524kg/m·s、0.738kg/m·s、0.905kg/m·s时,换热性能均优于其他换热板片,且在此喷淋密度范围时,板片换热面积是影响其换热性能的主要因素。
【图文】：

示意图,蒸发冷凝器,示意图

以潜热为主、显热为辅，将换热冷凝过程与水冷却过程相结合，并可实现系统的节水节能。其运行原理如图1-1所示，高温气态制冷剂工质由蒸发冷凝器上方入口进入，与换热器外空气和喷淋水进行热交换，由气态冷凝为液态，从蒸发冷凝器下方制冷剂出口流出。喷淋水由水泵将集水槽中的水输送到换热器上方的喷淋管，由布水器（喷嘴）喷淋到蒸发冷凝器单元外表面，，形成连续水膜，其中一部分水吸热蒸发为水蒸气，其余落入水槽，供循环使用，喷淋水量由浮球阀控制。风机强迫空气从蒸发冷凝器侧壁下部被吸入，流经换热单元外部，带走水膜蒸发的水蒸气，其部分水滴可通过挡水板吸收，以减少水滴飘散损失。

示意图,示意图,空气冷却系统,蒸发冷凝器

2图 1-2 水-空气热湿交换示意图Fig.1-2 The diagram of water-air heat and moisture exchange与传统的空气冷却系统相比，蒸发冷凝器利用未饱和空气的干湿球温度差来进行换热，其冷却驱动力来自湿球温度差或者焓差[16]。当不饱和空气与水接触时，空气中水蒸汽分压低于水面的水蒸汽压，从而产生以压差为主的推动力，使水向空气侧蒸发，且传热传质同时进行。其水-空气热湿交换示意图如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：郑州轻工业学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK172

【参考文献】