冰浆在蓄冰槽内的蓄冰特性及其均匀度研究

　　1 引言

　　冰浆是一种类似泥浆的微小冰颗粒及水的混合物,其在蓄能方面被广泛利用,又因其具有流动性、换热性能较好、释冷速率较高的优点,在食品、建筑、医疗^[1]等行业也被广泛应用。正因为如此,动态冰蓄冷引起了国内外同行的研究热潮,关于动态冰蓄冷、冰浆的文献层出不穷,许多学者对冰浆的制备^{[2, 4]}、流动、传热、压降^[5-9]作了深入细致的研究,得出了不少有意义的结果。然而关于冰浆在蓄冰池中贮存的动态过程研究却相对少得多^{[10, 11]},现有的动态冰蓄冷系统蓄冰槽所占据的体积在空间有限的情况下不得不重点考虑,甚至在一些寸土寸金的地区,由于蓄冰槽体积过大问题而不得不放弃冰蓄冷项目,而现有的蓄冰槽往往在蓄冰过程出现冰堆积分布不均匀、不够密实、蓄冰率不高的问题^[12],因此,如何在空间有限的情况下尽可能提高蓄冰槽的有效容积利用率成了许多动态冰蓄冷研究者的新命题,而对冰浆在蓄冰槽的贮存过程研究可以有助于分析上述问题出现的原因及影响因素,找出提高冰堆积均匀度的方法。因此本文就动态冰蓄冷中冰浆的贮存进行了实验研究,并对影响其动态特性的因素进行分析,希望能够对动态冰蓄冷蓄冰槽设计等问题提供有益的指导。

　　2 实验目的和方法

　　2.1 实验目的

　　冰浆贮存蓄冷过程,由于冰浆不断注入蓄冰池,其中的冰粒子不断堆积形成一个富冰层(IRL),见图1(1);随着冰浆中的水不断从富冰层中渗流,富冰层在冰粒子堆积时受自重和浮力的作用下不断变形,见图1(2);与池中的水形成一个动态的边界,最终富冰层接触到蓄冰槽底部如图1(3)。富冰层形成并逐步占据蓄冰槽内的空间,其变化过程对蓄冰槽容积利用率有着直接的影响,本实验的目的就是研究影响富冰层形成、变化的一系列参数,并分析各参数对其影响程度的大小。

　　2.2 实验方法

　　建立如图2所示的动态冰蓄冷实验系统,蓄冰槽为透明有机玻璃槽内容积1170x830x965(长x宽x高),出冰口垂直于液面,固定出冰口于蓄冰槽垂直高度方向的平面几何中心处,保持与蓄冰槽内液面垂直,使用Sony DSC-T20, 810万像素数码相机(DC)拍摄记录蓄冰时的动态过程,为调整出冰口出冰的固相含量,打开阀门b,旁通一部分纯溶液(不含冰颗粒)至蓄冰槽,通过调整阀门b、c的开度来调节旁通乙二醇的流量,进而调节出口冰浆的固相含量。改变上述固相含量等参数,以蓄冰槽内出现絮状冰晶颗粒为时间起点,每隔一定时间拍摄一次并记录关键位置数据。为了减少实验次数,对比分析冰浆流量等参数对蓄冰过程的动态贮存特性的影响,本文采用了如表1所示的实验条件对之进行系统研究。