盘管式蓄冰槽盘管排列方式的传热特性

　　1引 言

　　随着经济的发展、城市规模的扩大和用电结构的改变，城市以及地区电网昼夜电力负荷差值越来越大，高峰负荷呈现了明显的快速增长趋势。蓄冷技术就是在此背景下获得了较大的发展^[1~6]。蓄冷槽作为蓄冷系统中十分重要的部件，具有多种形式，内融冰盘管式蓄冰槽是工程中应用较多的一种形式。蓄冰槽的性能好坏直接关系到整个冰蓄冷系统的性能，蓄冰槽传热模型的建立是蓄冰槽传热性能研究的基础，因此作者对蓄冰槽的传热过程进行了模拟分析研究，以期有助于指导蓄冰槽的设计和运行控制的优化。

　　2模型建立

　　对蓄冰槽的换热进行理论研究，运用数值方法建立蓄冰槽的静态和动态数学模型，研究蓄冷介质的物性及流动条件、蓄冰槽的几何尺寸对蓄冷释冷过程的影响，掌握固-液界面的变化规律，对于系统运行性能的预测、控制方式的确定以及整个系统的优化有着十分重要的意义^[7,8]。

　　蓄冰槽的蓄冰、融冰过程属于三维非稳态过程，建立真正的三维非稳态模型是十分困难的。建立的模型一般为单管模型或双管模型，单管模型中假定每根盘管处于无限大空间，忽略相邻盘管对换热的影响;双管模型比单管模型准确一些，考虑了2根盘管的相互影响，在约束蓄冷阶段考虑了冰层搭接对换热的影响，在融冰阶段考虑了水层搭接后对换热的影响。而实际上，蓄冰槽中换热盘管通常是叉排或顺排的情况，单管或双管模型均没有充分考虑到相邻盘管对换热的影响。

　　九管模型既能简单而准确地反映蓄冰槽的换热实质，又能为蓄冰槽的设计提供依据，所以作者建立模型时将盘管简化为长直管，在模型中以顺排的盘管束为基础，建立了九管模型，如图1所示。

　　从分析可以看出，由于蓄冰槽中的传热过程非常复杂，在模型建立过程中必须作相应的假设。这些假设如下：

　　1)在计算每一微元段的换热时，把时间间隔取得较小，可以认为此时的换热是准稳态过程;

　　2)忽略乙二醇溶液流动方向的传热，认为传热仅发生在径向;

　　3)在计算传热时，认为管外发生的是自然对流换热，忽略自然对流对冰层或水层形状的影响;

　　4)忽略结冰或融冰过程中冰与水的体积变化，但在计算换热时考虑不同状态时的密度、导热系数、黏度等物性参数的变化;

　　5)冰水界面恒定为0 ℃;

　　6)忽略蓄冰槽的热损失，即认为槽体绝热;

　　7)在介质各相中，物性参数均匀分布。

　　在建立的模型上采用ANSYS软件计算温度场的分布，可大致对模型的传热特性进行分析，选取同一管径，对4种不同的管间距以及顺排和叉排的圆管管束进行比较。相变材料为水，采用自动网格划分，划分精度为3，计算过程为瞬态计算，计算时间l0000s，时间步30s，最小时间步30s，最大时间步100s;line search选项为On，初始温度为5 ℃。计算结果用等值云图来体现，温度的高低对应其下面的温度颜色对应条，非常直观，计算结论与实际温度场必然会有区别，但作者感兴趣的是在相同边界条件下，不同布管方式所体现出来传热特性，从而作出评价。