直接蒸发冰盘管蓄冷特性研究

    0 引言

    直接蒸发冰盘管蓄冷系统利用制冷剂在蒸发器盘管内蒸发,在蒸发器外表面蓄冰.为了防止“冰桥”产生而导致传热恶化,冰厚以管外冰不搭接为准.但随着管外冰层的增厚,传热热阻增加,制冷系统的效率也会有一定程度的下降,确定合理的冰层厚度和蓄冷时间是直接蒸发冰盘管蓄冷系统的关键.[1]本文将在分析直接蒸发冰盘管影响因素的基础上,建立直接蒸发冰盘管蓄冷实验台,进行相关实验研究.

    1 影响因素分析

    直接蒸发盘管蓄冷系统的蓄冷过程分为显热蓄冷阶段和潜热与显热同时蓄冷阶段.显热阶段传热包括3个过程:盘管内壁与制冷剂之间的对流换热;盘管管壁导热;盘管外壁与水的对流换热.潜热与显热同时蓄冷阶段传热包括4个过程:盘管内壁与制冷剂之间的对流换热;盘管管壁导热;盘管外冰层导热;盘管外冰层与水的对流换热.[2]

    根据直接蒸发盘管蓄冷系统的传热过程,系统蓄冷量受以下因素影响:制冷剂性质及流动状态;蒸发盘管材质;蒸发盘管密度;蓄冷介质的性质及流动状态.[3]

    2 实验

    实验台由压缩冷凝机组、蓄冷槽及辅助设备组成,如图1所示.压缩冷凝机组为半封闭活塞式水冷压缩冷凝机组,制冷量415 kW.蓄冷槽尺寸1 000mm×600 mm×600 mm,采用现场发泡将40 mm厚聚苯板黏附于蓄冷槽外表面作保温.蓄冷槽内蒸发器盘管采用φ16 mm,壁厚1 mm的紫铜管,蛇形并联排列,上进下出,管间距100 mm×100 mm,单根管长900 mm.蓄冷槽上部设置φ20 mm PVC管,打孔制成布水器,循环水泵从蓄冷槽下部抽水,由布水器循环回蓄冷槽,构造蓄冷槽内水的强制流动,实现动态蓄冷[4].循环水量为0. 9 m³/h.

    实验研究的内容是在蓄冷槽内水静态和动态的情况下进行蓄冷实验,掌握直接蒸发冰盘管在不同蓄冷状态下,对蓄冷量、蓄冷速率和制冷机COP等特性参数的影响.

    3 实验结果与分析

    3.1 蓄冷槽内水温分布分析

    实验前,蓄冷槽内沿高度方向水温相同.制冷机开启后,蓄冷槽内水温开始下降.静态蓄冷时,蓄冷槽内水温分布曲线如图2所示.由于不同温度水的密度不同,形成蓄冷槽内沿高度方向水温分层现象.开始阶段,上部水温高于下部.随着整体水温的不断下降,当水温接近4℃的时候,沿高度方向水温开始打破上高下低的现象.随着水温进一步降低,水温分布出现了翻转现象,下部水温高于上部水温,并且该现象一直保持到实验结束.水温翻转现象是因为4e时水的密度最大.静态蓄冷过程中水温分布的特点是盘管外结冰不均匀的原因之一.图3是在动态蓄冷时水温分布曲线.蓄冷槽内各处水温在整个蓄冷过程中基本相同,并保持一致温降速率,整体下降,最终达到接近冰点的0℃,说明动态蓄冷打破了水的分层现象,使水温得到整体均匀下降,有利于盘管外均匀蓄冰.