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壳管式外融冰槽热工性能及应用研究

作　者: 吕晓艳
导　师: 李先庭
学　校: 清华大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 冰蓄冷外融冰壳管式冰槽热工性能洁净手术室独立新风
分类号: TU831.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

将蓄冷水系统与空调水系统联通构成的闭环外融式冰蓄冷空调系统是弥补现有外融式冰蓄冷空调系统不足、实现低温经济性的有效措施之一。本文提出一种壳管式外融冰槽和相应的外融冰蓄冷系统配置形式,并对冰槽的优化设计、热工性能等关键技术问题进行理论与试验研究,为其推广应用奠定技术基础,对于促进低温送风与冰蓄冷技术在我国的发展,推进电力系统大规模移峰填谷进程有着重要的理论意义和实用价值。本课题的研究包括以下内容:提出壳管式外融冰蓄冰槽的结构以及闭环外融冰空调系统原理。在对壳管式蓄冰槽的结构进行定义的基础上,采用准稳态假设、热阻网络和能量平衡的方法,建立具有封闭空间特征的壳管式外融冰槽的蓄冰和融冰性能的简化解析模型,通过应用有限差分法对蓄冰和融冰过程的相变传热的控制微分方程组进行求解,模型可实现对不同蓄冰条件(载冷剂进口温度、流量和冰槽初始水温)下蓄冰过程中冰层厚度、蓄冰率IPF及蓄冷量的预测,于对取冷过程,则可以预测不同取冷条件(取冷入口流量、温度)下取冷出口水温和取冷量。建立能反映壳管式冰槽特性的模型冰槽和闭环外融冰空调系统实验台,并对模型冰槽装置进行性能测试,研究了不同蓄冰条件下冰槽实际运行蓄冰特性和不同取冷条件下的取冷特性,考察各个物理参量对冰槽性能的影响。将模型的预测值与实验结果进行比较,验证模型的精度和性能预测的有效性,分析了误差产生原因,为壳管式蓄冰槽的设计与运行提供性能预测工具,同时为模型的改进指出了方向。提出壳管式冰槽在洁净手术室低温水独立新风空调系统中的应用形式,结合工程实例,利用所建冰槽性能预测模型,对冰槽进行优化设计,并对低温水空调系统与常规空调系统方案进行能耗分析与经济性分析,结果表明,应用壳管式冰槽的低温水独立新风空调系统在洁净手术室中具有可行性,且具有良好的经济性。

全文目录

中文摘要  3-4
Abstract  4-6
主要符号对照表  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-27
  1.1 课题背景  11-17
    1.1.1 冰蓄冷在我国的发展环境  11-12
    1.1.2 冰蓄冷的分类与应用现状  12-13
    1.1.3 静态制冰外融冰系统的优越性及应用中存在问题  13-17
  1.2 文献综述  17-24
    1.2.1 盘管式蓄冰冻结过程模型研究现状  18-21
    1.2.2 传统外融冰融冰过程模型研究现状  21-23
    1.2.3 封闭空间内水体的结冰与融冰特性的研究现状  23-24
  1.3 课题研究的主要内容  24-27
第二章壳管式外融冰蓄冰槽的结构与原理  27-43
  2.1 外融冰空调系统的工作原理  27-30
    2.1.1 串联外融冰空调系统  28-29
    2.1.2 并联外融冰空调系统  29-30
    2.1.3 小结  30
  2.2 常规外融冰槽结构原理  30-34
  2.3 壳管式外融冰槽的结构与工作原理  34-37
  2.4 闭环外融冰空调系统的结构与原理  37-42
  2.5 本章小结  42-43
第三章壳管式外融冰槽蓄冷/取冷性能预测模型的建立  43-57
  3.1 壳管式冰槽的物理结构模型  43-48
    3.1.1 冰槽外形结构定义  43-45
    3.1.2 冰槽结构的数学描述  45-46
    3.1.3 冰槽载冷剂侧与水侧流动的数学描述  46-48
  3.2 壳管式冰槽蓄冷性能预测模型  48-52
    3.2.1 冰槽蓄冷过程数学模型  48-51
    3.2.2 蓄冷模型求解  51-52
  3.3 壳管式冰槽取冷性能预测模型  52-56
    3.3.1 冰槽取冷过程数学模型  52-55
    3.3.2 取冷模型求解  55-56
  3.4 本章小结  56-57
第四章壳管式外融冰槽蓄冷与取冷特性模型的试验验证  57-84
  4.1 试验台的建设与试验设计  57-65
    4.1.1 试验内容  57-58
    4.1.2 实验台建设与试验步骤  58-62
    4.1.3 试验工况的确定  62-63
    4.1.4 实验数据的处理方法  63-65
  4.2 壳管式外融冰槽的蓄冷性能与模型的试验验证  65-71
    4.2.1 试验结果分析  65-69
    4.2.2 蓄冷模型的精度分析  69-71
  4.3 壳管式外融冰槽的取冷性能与模型的试验验证  71-81
    4.3.1 试验结果分析  71-75
    4.3.2 取冷模型的精度分析  75-81
  4.4 本章小结  81-84
第五章壳管式外融冰槽在洁净手术室独立新风空调系统中的应用分析  84-103
  5.1 采用冰蓄冷的独立新风空调系统在洁净手术室中的应用背景  84-87
  5.2 洁净手术室闭环外融冰空调系统的工作原理  87-88
  5.3 洁净手术室用壳管式外融冰槽的优化设计  88-95
    5.3.1 管程长度优化  89-91
    5.3.2 流道数优化  91-93
    5.3.3 冰槽结构  93-95
  5.4 壳管式外融冰槽在洁净手术室空调系统中的应用效果分析  95-102
    5.4.1 全年运行能耗分析  95-99
    5.4.2 经济性分析  99-102
  5.5 本章小结  102-103
第六章结论  103-105
参考文献  105-109
致谢与声明  109-111
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  111

壳管式外融冰槽热工性能及应用研究

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