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新型真空液滴制冰特性研究

作　者: 徐爱祥
导　师: 刘志强
学　校: 中南大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 动态蓄冷真空法传热与传质捕冷方式
分类号: TB61
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

蓄冷技术是实现电网“移峰填谷”的一项重要措施。以低压力下液滴蒸发结冰为基础的真空法动态制冰技术是一种新兴、有效的动态蓄冷手段,在我国有着广阔的应用前景。本文首先简要的介绍了真空制冰技术基础,阐述了真空环境的特性和湿气体的基本性质,再采用数值计算的方法对低压下液滴形成冰晶粒子的传热与传质问题进行了深入分析,重点研究了低压环境下液滴形成冰晶过程中的水分迁移和热量传递。计算结果表明：在真空压力为0.611kPa的环境中,初始温度为20℃、粒径为50μm液滴在经历0.003s后形成冰晶粒子(不考虑液滴过冷)。其次,分析了在不同的粒径尺寸和真空环境压力下,液滴表面温度的变化规律及特点,并讨论了过冷度与不同添加剂浓度对液滴成核结晶的影响。另外,针对目前真空法制取冰浆过程中水蒸气冷凝系统复杂、真空泵持续运行能耗高及捕冷盘管易冻结等问题,提出了一种新型捕冷方式,该捕冷方式的特征结构为带夹层的真空室,其间有制冷剂循环,从而实现水蒸气的捕集并强化制冰。探讨了该捕冷方式如何实现的问题,同时对该捕冷方式下冰晶粒子形成进行了计算。对比结果表明,该新型捕冷方式能够有效捕集水蒸气,并能增强制冰效果。对实现真空法冰浆制备装置的优化设计,更好地发挥蓄冷技术的节能潜力,具有重要的工程指导意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-21
  1.1 研究的意义与背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-20
    1.2.1 冰浆简介及研究现状  9-10
    1.2.2 冰浆的流动、换热及存储  10-12
    1.2.3 冰浆制取方式及比较  12-20
  1.3 本文的研究目的和内容  20-21
第二章低压下冰晶粒子形成特性研究  21-30
  2.1 真空制冰技术基础  21-24
    2.1.1 真空环境特性  21-23
    2.1.2 湿气体性质  23-24
  2.2 低压下冰晶粒子形成过程描述  24-27
    2.2.1 低压下的水分迁移  24-26
    2.2.2 低压下的热量传递  26-27
  2.3 结果分析与模型验证  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章低压下冰晶粒子生成的影响因素  30-38
  3.1 喷水粒径的影响  30-31
  3.2 真空压力的影响  31-32
  3.3 过冷度的影响  32-34
  3.4 溶液添加剂的影响  34-37
  3.5 本章小结  37-38
第四章捕冷方式对冰晶粒子形成的影响  38-48
  4.1 现有捕冷方式及问题  38-40
    4.1.1 机械抽气方式及问题  38-39
    4.1.2 捕冷盘管方式及问题  39-40
  4.2 一种新型真空室的提出  40-43
    4.2.1 新型真空室的提出  40-42
    4.2.2 新型真空维持系统制冰的实现过程  42-43
  4.3 新型真空室下冰晶粒子形成  43-47
    4.3.1 冰浆的蓄冷量  43-44
    4.3.2 新型真空室的制冰效率  44-46
    4.3.3 新型捕冷方式在运行上的进一步分析  46-47
  4.4 本章小结  47-48
第五章结论及展望  48-50
  5.1 结论  48-49
  5.2 展望  49-50
参考文献  50-55
致谢  55-56
攻读学位期间主要的研究成果  56-57

新型真空液滴制冰特性研究

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