盘管式外融冰槽融冰过程试验研究(Ⅱ)——温度分布

    0 引 言

    冰蓄冷系统的主要优点在于使电力系统/移峰填谷0,这不但有利于电力部门减少发电系统投资,降低电力输配系统压力,而且在实行分时电价的地区可以有效减少冰蓄冷空调用户的电费[1]。

    在众多蓄冰方式中,盘管式外融冰,滑片式和冰浆三种方式由于取冷中冰、水直接接触,可以长时间取出低温水而备受关注[2]。由于滑片式的脱冰能耗较大[3],且冰浆技术尚不成熟[4],这使得盘管式外融冰成为国内外应用最广泛的冰蓄冷方式之一。

    准确掌握盘管式外融冰槽取冷规律以及各种因素对其的影响过程对外融冰系统的控制至关重要。当取冷流量较大时(冰槽横截面流速>1.2mm/s),强制对流在取冷换热中占据主导地位,槽内水温的布几乎成线性[5]。而当取冷流量较小时,自然对流的作用逐渐体现。

    因此,本文研究有工程意义的较小流量(冰槽横截面流速<016mm/s)取冷时,冰槽内的温度分布情况,从更深层面揭示各种因素对取冷特性的影响过程。

    1 实验原理与试验装置

    盘管式外融冰取冷原理图见第一部分。试验中,在进水口和出水口分别设置布水器。

    图1所示为冰槽内温度测点的分布情况。其中测点7~12为主测点,槽内沿垂直方向的温度由其测定。测点1~6为辅助测点,用于检查槽内温度分布是否为一维(沿深度方向)。将辅助测点设置在桶不同位置测试发现:在槽体保温良好,使用布水器的情况下,同一高度不同测点的温度的差别小于0.2℃,因此,试验中温度分布按一维研究。

    试验中采用误差为±0.03℃的热敏电阻测温。

    2 实验结果及其分析

    2.1 取冷过程温度分布的动态特性

    外融冰槽取冷过程的温度分布主要由槽内水流的浮升力和惯性力的联合作用而决定。一般而言,惯性力有利于温度的均匀分布,而浮升力的作用则与其方向有关。

    2.1.1 下进模式下取冷过程温度分布的动态特性

    图2a、2b表示了下进模式下冰槽取冷过程的温度分布。取冷流量为6m3/h,槽内截面流速为0.4mm/s。由图可见,浮升力的反转导致温度分布翻转,从而将取冷过程划分为三个不同的阶段。

    在取冷初期(潜热取冷阶段),高温回水进入冰槽底部与低温水混合,使冰槽底部温度接近4℃ 而顶部温度接近0℃ ,此时浮升力方向指向冰槽底部。同时,由于水流由槽底进入冰槽,所以惯性力指向槽顶。此时,浮升力的作用使冰槽内的水温分层,而惯性力的作用使槽内的水温均匀。槽内的水温分布将由浮升力和惯性力的大小决定。本例中,浮升力的作用大于惯性力作用,因此水温分层明显,从而导致一个反向的斜温层出现在槽底,并随着取冷过程的进行向槽顶移动。需要注意的是:此处的斜温层不同于一般水蓄冷中的斜温层[7]是顶部温度低而底部温度高的,因此称为反向斜温层。由图中可以发现,在这一过程中反向斜温层以下的水温基本均匀,能始终保持在4℃ 左右。