上下冲击式鼓风冻结装置传热系数的计算

　　引言

　　气流上下冲击式冻结装置应用高速气流上、下同时喷气,对冻品进行速冻,其优点在于冻结时间短、冻结能力强,是目前最先进的速冻装置之一。国外学者的研究大都集中在环境与结构因素对蒸发器效率的影响等方面,如制冷剂流量、翅片管材料、结霜情况等。有针对超市内冷藏陈列柜蒸发器,采用不同的传热系数及结霜特性的修正式建立数学模型,分析各种参数的影响[1];也有通过降膜蒸发器分析得出流体特性、几何参数、流动条件等与传热系数的关系等式[2],而针对低温环境下的上下冲击式冻结装置蒸发器的研究尚属空白。虽然国内浙江大学郑传祥等对大型速冻设备不同结构蒸发器的传热性能作了比较[3],但研究没有涉及到具体蒸发器的形式,且仅针对氟利昂制冷剂,不适用于以氨为制冷剂的计算。在一些设计标准中也提到液氨在水平管内蒸发时放热的实验资料目前较缺乏[4]。因此,该类设备的研制和开发目前仍缺少可靠的理论依据,这也是阻碍我国此类设备国产化的重要原因之一。本文以某引进的上下冲击式高效鼓风冻结装置为参考,预定蒸发器相关参数,整理归纳出计算该类装置蒸发器传热系数的方法。

　　1 参数的选择和计算

　　1.1 蒸发器结构参数

　　选用铝管、铝翅片的直接蒸发式空气冷却器,以R717为制冷剂,强制循环供液。管外径d0=20mm,壁厚dp=1.5mm,管内径di=17mm;翅片厚df=0.3mm,管中心距s=60mm,具体结构如图1所示。管片节距为变片距,分别为e1=5mm,e2=10mm,e3=20mm。沿气流方向管排数n1=12,肋管列数n2=11,管长5m,设有2个蒸发器,总制冷能力Q0=70kW。

　　1.2 制冷剂和空气侧参数的确定

　　预先给定制冷剂和空气侧已知参数如表1所示。

　　1.3 制冷剂参数计算

　　在R717压焓图[5]中查制冷剂比焓:饱和气体干度x1=1, t'1=-42°C时,过热气体焓值h'1=1404.08kJ/kg。根据SC/T 9011)2006[6]的规定,取冷凝温度40°C,过冷度Δt为饱和液体温度t3与过冷液体温度tc3之差,即Δt=t3-t'3=5°C,确定过冷液体点3'(图2),查得焓值h'3=h'4=349kJ/kg。制冷剂单位质量制冷量q0=h'1-h'4=1055kJ/kg。

　　本设计是氨泵强制循环供液系统,通常送入冷分配设备的氨液量为实际蒸发量的3~6倍[4],计算中取5倍,则制冷剂流量为

　　1.4 空气参数计算

　　由湿空气焓湿图(0~-75°C),确定空气状态变化过程(图3),查得:t1=-35°C,Φ1=0.80时,含湿量d1=0.000 125kg/kg干空气;t2=-40°C,Φ2=0.95时,含湿量d2=0.000075kg/kg干空气。

　　利用h=1.10t+0.001d(2501+1.85t),分别求得湿空气焓值: h1= - 34.87kJ/kg; h2=-40.08kJ/kg。

　　空气定压质量比热cp=110.3kJ/(kg.K),空气的热导率λ= 0.0218W/(m.K),运动粘度M=0.106x10^-4m²/s[7],空气析湿系数为。