蒸发器动态特性论文

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工程原理论文---多效蒸发器

工程原理论文---多效蒸发器

食品工程原理课程设计说明书设计题目:蔗糖水溶液二效蒸发装置的设计设计者:班级姓名:学号指导教师:设计成绩:日期目录1.任务书 (3)2.概述 (3)2.1 蒸发及蒸发流程 (3)2.2 蒸发操作的分类 (3)2.3 蒸发操作的特点 (4)2.4 蒸发操作的设备 (4)3.双效蒸发的工艺计算 (5)3.1 蒸发器的设计步骤 (6)3.2 蒸发器的计算方法 (6)3.2.1各效蒸发量和完成液浓度的估算: (6)3.2.2各效溶液沸点及有效总温差的估算 (7)3.2.3蒸发器传热面积和有效温差在各效中的分配: (12)4.加热室结构尺寸的计算: (16)4.1加热管的选择和管数的初步估计 (16)4.2循环管的选择 (17)4.3加热室直径及加热管数目的确定 (17)4.4分离室直径与高度的确定 (18)4.5接管尺寸: (18)4.5.1溶液进口尺寸: (18)4.5.2加热蒸汽与二次蒸汽出口: (19)4.5.3冷凝水出口: (19)5. 蒸发装置的辅助设备 (19)5.1 气液分离器 (19)5.2蒸汽冷凝器 (19)5.3 泵的选型 (20)参考文献 (21)1.任务书含固形物 3.4%(质量分率,下同)的蔗糖水溶液,拟经二效真空蒸发装置进行浓缩,要求成品浓度为49%,原料液温度为第一效沸点(60℃),加热蒸汽压力为500kPa(绝压),冷凝器为15kPa(绝压),日处理量为20000吨/年,日工作时间为24小时,试设计该蒸发过程。

假定采用中央循环管式蒸发器,双效并流进料,效间流动温差损失设为1K,第一效采用自然循环,传热系数为1200w/(m2·k),第二效采用强制循环,传热系数为800w/(m2·k),各效蒸发器中料液液面均为1.5m,各效加热蒸汽的冷凝液均在饱和温度下排出,并假设各效传热面积相等,忽略热损失。

2.概述2.1 蒸发及蒸发流程蒸发是采用加热的方法,使含有不挥发性杂质(如盐类)的溶液沸腾,除去其中被汽化单位部分杂质,使溶液得以浓缩的单元操作过程。

汽车空调蒸发器湿工况特性

汽车空调蒸发器湿工况特性
5 - 7 ] i m和 B u l l a r d[ 对3 0种不同百叶窗翅片 片搭桥现象。K
排除过程进行了可视化研究, 结果表明, 对翅片进行表明 处理, 增加百叶窗长度, 以及在翅片中部开缝能提高凝水
[ 1 1 ] i n 对凝水在典型的翅片材料表面形成及排 排除能力。M
除的现象进行了研究, 结果表明单位表面积残水量与翅片 材料后退接触角关联, 当后退接触角为 4 0 ° 时单位表面积 残水量达到最大值。现有文献中对于凝水喷出现象的研
[ 1 2 ] 能力平衡差约为 3 %。基于 M o f f a t 所提出的不确定度计
2 试验装置
1 试验样件
算方法, 蒸发器制冷能力的测量不确定度为 3 %。
图2 百叶窗翅片结构简图 表1 层叠式蒸发器结构参数 结构参数
2 迎风面积 / m 芯体厚度 / m m
层叠式蒸发器 0 . 0 5 2 4 5 2 5 1 0 . 0 0 23 4 4 5× 2 . 1 8 1 . 7 5 4 5 1 . 3 图3 汽车空调综合性试验台 图 4为排水量及喷水量测量装置。蒸发器被放置在蒸 发器模块中, 蒸发器模块进口与风机模块出口相连, 风机 模块经过设计能保证蒸发器入口空气的均匀分布, 同时通 过控制风机电压可以对蒸发器进风量进行调节。如图 4所 示, 排水量收集容器被放置在蒸发器模块的排水口下方;
本研究将对汽车空调蒸发器在湿工况下进行试验研 究, 对湿工况传热及压降性能进行研究, 并对蒸发器的排 水量, 喷水量进行精确测量, 并比较不同放置角度对喷水 量, 排水量的影响, 同时采用浸渍试验, 对不同角度下, 蒸 发器内的残留水量进行研究。 2 . 1 试验设备 试验在如图 3所示的焓差法汽车空调综合试验台架 内进行, 试验台架可以进行汽车空调系统性能试验, 也能 对零部件性能进行测试, 如压缩机, 冷凝器, 膨胀阀, 风机, 加热器芯体等。层叠式蒸发器凝水特性在试验台架蒸发 图 1为汽车空调层叠式蒸发器的结构简图。层叠式蒸 可以通过在 发器制冷剂侧由 2片带 U型槽的的板片构成, 板片上冲压凸点或在板片间加入内翅片以强化制冷剂侧 传热。图 2为层叠式蒸发器空气侧采用的百叶窗翅片结构 简图, 层叠式蒸发器详细结构参数信息见表 1 。 器室内测量, 蒸发器的环境温度及湿度可以实现精确控 制, 蒸发器, 冷凝器, 定排量压缩机以及台架自带电子膨胀 阀组成一个完整的制冷系统。蒸发器室和冷凝器室有空 气流测量设备, 可以对空气流量以及焓值进行精确的测量 与控制。压缩机由可变速电动马达驱动, 同时安装有扭矩 测量仪对压缩机耗功进行测量。台架自带电子膨胀阀可 以手动或自动控制开度, 以实现对蒸发器出口过热度的控 制。其他一些辅助设备包括电加热器, 制冷机组和加湿 器, 可以实现对所设定环境温度的精确控制。在试验过程 中, 空气 侧 以 及 制 冷 剂 侧 的 温 度 由 铂 电 阻 温 度 传 感 器 ( Y A M A R I ,型号: J P T 1 0 0 ) 以及制冷剂侧压力由压阻式压 力传感器( O H K U R A ,型号: P T 3 0 1 1 A Z Z Z 1 F Z ) 测量。蒸发 器室, 冷凝器室内有采样装置对环境空气的干湿球温度进 行测量。蒸发器室及冷凝器室风洞内安装有喷嘴, 并且安 装压差传感器测量喷嘴前后压差, 通过测得压差计算空气 图1 汽车空调层叠式蒸发器结构简图 流量。压缩机转速通过反射光电转速测量仪进行测量, 最 高测量范围为80 0 0r / m i n 。压缩机消耗的轴功率通过转速 以及压缩机转矩( O N OS O K K I ,型号: S S 5 0 0 ) 得到。制冷剂 质量流量通过安装在高压侧制冷剂液态管路内的质量流 量计( O V A L ,型号: D 0 2 5 S-S S- 2 0 0 ) 测得。表 2显示了 各测量参数的精度。在试验过程中, 空气侧与制冷剂侧的

家用电冰箱蒸发器制冷剂流动特性的分析和优化

家用电冰箱蒸发器制冷剂流动特性的分析和优化

家用电冰箱蒸发器制冷剂流动特性的分析和优化家用电冰箱在现代家庭中扮演着不可或缺的角色。

其中,蒸发器作为冰箱的核心部件之一,负责将制冷剂吸收冰箱内部的热量并使其蒸发,从而使冰箱内部保持低温状态。

因此,分析和优化家用电冰箱蒸发器制冷剂流动特性是提高冰箱能效和性能的关键。

一、制冷剂流动特性的分析1. 流动方式:通常情况下,家用电冰箱蒸发器采用两相流动方式,即制冷剂在蒸发器内同时存在液态和气态两相。

这种两相流动方式对于提高传热效果和性能具有重要作用。

2. 流速和压力:制冷剂在蒸发器内的流速和压力是影响制冷效果和能效的重要因素。

一般来说,适当提高制冷剂的流速可以增加传热系数和热交换效率,但过高的流速会增加制冷剂的压降,影响制冷系统的正常运行。

3. 流动阻力:家用电冰箱蒸发器内制冷剂流动的阻力是影响制冷系统能效的关键。

减小流动阻力可以降低制冷系统的功耗,提高能效。

因此,优化蒸发器内流道的结构和尺寸,减小流通油路的阻力是提高制冷剂流动特性的重要途径。

二、制冷剂流动特性的优化1. 流动通道设计:蒸发器的流道设计直接关系到制冷剂的流动特性。

通过优化蒸发器内的流道结构和尺寸,可以改善制冷剂的流动状态,提高传热效果和性能。

例如,增加流道的宽度和深度,增加流道间距,可以减小流动阻力,提高传热系数。

2. 换热面积增加:增加蒸发器的换热面积可以增加与制冷剂的换热效果。

这可以通过优化蒸发器的管道和片翅的形状和布局来实现。

增加管道的长度、增加片翅的数量和面积等方式可以增加蒸发器的换热面积,提高制冷效果。

3. 优化制冷剂流量控制:制冷剂流量的控制对于提高制冷效果和能效至关重要。

通过采用先进的蒸发器流量控制技术,如膨胀阀控制、变频控制等,可以使制冷剂在蒸发器内的流动更加平稳和高效。

4. 管壁和片翅的材料选择:制冷剂在与管壁和片翅的接触过程中会发生传热过程,因此选择适合的管壁和片翅材料可以提高制冷剂的传热效果。

同时,材料的选择还应考虑腐蚀和耐高温性能,以确保蒸发器的长期稳定运行。

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟

水平管外降膜蒸发流动和传热特性数值模拟蒋淳;陈振乾【摘要】建立三维模型并模拟了制冷剂R410A在水平管外的降膜流动和蒸发过程,探究了喷淋密度、热通量和布液孔偏离管轴心距离对降膜流动和传热的影响.结果表明:沿管周方向,液膜厚度和传热系数逐渐减小并趋于稳定,至管底处由于局部液体堆积,液膜增厚、传热系数降低;喷淋密度较小时,总传热系数随着热通量增加而降低,随着喷淋密度增加而显著提高;液膜Reynolds数达2000后,总传热系数随喷淋密度增加而缓慢提升并趋于平稳,此时热通量的增加会提升总传热系数;随着布液偏心距的增加,总传热系数先略微上升并趋于平稳,而后由于出现局部\"干涸\"和液膜堆积区域,总传热系数急剧下降;随喷淋密度的增加,总传热系数急剧下降的临界点会逐渐往大偏心距偏移.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2018(069)010【总页数】7页(P4224-4230)【关键词】水平管;降膜蒸发;流动;传热;数值模拟【作者】蒋淳;陈振乾【作者单位】东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;东南大学能源与环境学院,江苏南京 210096;江苏省太阳能技术重点实验室,江苏南京 210096【正文语种】中文【中图分类】TB657.5水平管降膜蒸发器由于其流速低、温差小、传热系数高等优点,在化工、石油冶炼、海水淡化等行业已得到广泛应用[1]。

而随着氟氯烃的逐步淘汰,降膜蒸发技术也开始应用到制冷系统中,相比于传统的满液式蒸发器,水平管降膜蒸发器优势明显:①传热系数较高,由实验结果可知,降膜式蒸发器换热的传热系数比池沸腾高[2];② 制冷剂充注量较少,根据系统的设计可减少20%~90% 的制冷剂充注量[3];③管外制冷剂流体的压降很小,从而可以减小温差损失。

降膜蒸发传热机制复杂,喷淋密度、热通量、饱和温度、布液等都会影响降膜流动和传热[4-9]。

在降膜蒸发过程中,通过液膜的热量传递方式主要为导热和对流[10],因此液膜厚度与传热系数的大小密切相关[11-15],许多学者都对降膜流动的液膜分布及其厚度进行了研究[16-19]。

蒸发论文

蒸发论文

烧碱生产中的蒸发工艺与控制张鑫重庆天原化工有限公司摘要:本文根据自己以往在蒸发岗位的实际生产经历,简要论述了烧碱生产中隔膜碱与离子膜碱的蒸发工艺与控制,以及二者的比较。

针对不同途径电解得到的低浓度液碱,采用不同的蒸发工艺得到优质的高浓度液碱或固碱。

关键词:烧碱,蒸发,工艺1.前言氯碱工业是能源与资金密集型基础化工原料工业,同时也是高能耗、重污染的重化工企业。

烧碱与氯气广泛用于化工、轻工、纺织、冶金、农业、医药、电子、食品等产业,在国民经济发展中起着重要作用。

蒸发工段是烧碱生产中的重要的工序,是耗能大的生产工段。

蒸发所需的加热蒸汽约占烧碱综合能耗的30%左右,仅次于电解工序[1]。

因此,蒸发工序运行状况和生产技术直接影响整个氯碱系统的用能水平和经济效益。

本公司以离子膜电解和隔膜电解为依托,不断发展烧碱、氯产品以及其下游产品,现有产品包括32%碱、42%碱、50%碱、99%片碱、液氯、次氯酸钠、盐酸、三氯氢硅、氯乙酸、甲烷氯化物等。

2.工艺与控制2.1 隔膜蒸发2.1.1工艺概述蒸发工序的作用有两个:一是增浓,二是除盐。

即从金属阳极电解槽出来的电解液(含碱质量浓度为120~135g/L,含盐质量浓度为185~200 g/L,温度为80~100℃)经过四个蒸发器的出水和3个旋液分离器的盐碱分离后变成含碱42%,含盐2%一下的成品液碱。

我们公司采用的是三效四体顺流蒸发工艺,所谓顺流是指加了蒸汽与物料的流向一致,四体是指有4个使浓度逐渐提高的循环蒸发器(其中Ⅰ效为自动循环,Ⅱ、Ⅲ、浓效为强制循环),其中Ⅲ效和浓效为负压效。

来自电解工序的电解液经分析计量后用泵送往蒸发工序的电解液贮槽,再用泵经电解液分配台送至电解液循环槽,通过1段、2段螺旋板预热器,预热至100℃以上进入I效蒸发器,浓缩到13%左右以后,利用压差过料到Ⅱ效蒸发器,浓缩到20%左右用泵送至Ⅲ效蒸发器中,浓缩到30%左右,经泵打人2段浓效蒸发器,利用I效二次汽将30%的碱液进一步浓缩到42%。

蒸发器毕业设计论文开题报告及外文翻译

蒸发器毕业设计论文开题报告及外文翻译

毕业设计(论文)开题报告理工类题目:刮板薄膜蒸发器传动装置设计学院:机械工程学院专业班级:机械设计制造及其自动化机械041 学生姓名:海州书院学号: 080811116 指导教师:欧阳淮海(职称)年月日淮海工学院毕业设计(论文)开题报告毕业设计(论文)外文资料翻译学院:机械工程学院专业班级:机械设计制造及其自动化机械041 学生姓名:海州书院学号: 080811116 指导教师:欧阳淮海(职称) 外文出处:(外文)附件:1.外文资料翻译译文; 2.外文原文相变期间蒸气压缩制冷循环的蒸发器动力学的识别实验张胡安,Peles,迈克尔·约翰机械工程、航空航天、部门及核子工程系的电气、计算机、及系统工程部门举办摘要蒸气压缩循环(VCC)过程中的蒸发器动力学的识别实验,是关于热通量的研究。

电子元件传递热图形的边界条件代表具体应用流量的VCC的降温。

然而,这个应用程序需要在传统vcc不同模型的控制算法与液体对流液体的热量交换的条件下进行,因为越快的反应时间对边界热流密度影响不同,而且制冷剂流量出口的蒸发器预计将两相混合。

第一个模型是高度非线性模型,是实用的系统的控制,为了获得一个简化模型动态识别的组成部分的响应特性,利用脉冲进行改变这个系统的操作条件(例如,热负荷,蒸发器, 开放,膨胀阀或压缩机的速度等)。

结果表明:对于膨胀阀开度变化开放或者发起的液体向相反的趋势开始流动时,两相地区流动在过热的地区。

这是一个现象控制器设计,需要对其展开进一步的调查。

介绍传统电子元件的冷却方法使得使用功率密度增加,而且传统的空气冷却散热器的力度不够。

这需要拆卸高的热通量同时保持电子元件在较低温度下使蒸气压缩制冷循环(VCC)在一个很有前途的替代电工条件下冷却。

此外,vcc都可以使用多个独立冷却用同样的热源主要制冷回路,使其优越应用工具(如数据中心的还是现代的军舰和飞机在武器、传感器、信号处理系统,和电脑需要冷却到保持最佳的温度条件。

大学毕业设计蒸发器设计(一)2024

大学毕业设计蒸发器设计(一)2024

大学毕业设计蒸发器设计(一)引言概述:蒸发器是一种关键的热交换设备,广泛应用于各种工业领域。

本文将针对大学毕业设计项目的蒸发器设计展开详细的讨论。

在接下来的正文中,我们将分为五个大点,探讨蒸发器设计的相关内容,包括热传导理论、传热面积计算、流体流动分析、参数优化以及最终设计方案。

通过这些内容的阐述,旨在为读者提供一些有益的指导,以便成功完成大学毕业设计蒸发器的设计。

正文:1. 热传导理论1.1 热量传导基本原理1.2 热传导定律1.3 常见材料的热导率数据1.4 材料选择与蒸发器设计的关系1.5 热传导分析在蒸发器设计中的应用2. 传热面积计算2.1 传热面积的概念及影响因素2.2 简化传热面积计算方法2.3 复杂传热面积计算方法2.4 计算结果的验证与修改2.5 传热面积计算在蒸发器设计中的应用3. 流体流动分析3.1 流体流动基本原理3.2 流动类型与蒸发器设计的关系3.3 流动参数的测定与分析3.4 流体流动模拟方法3.5 流体流动分析在蒸发器设计中的应用4. 参数优化4.1 设计参数的选择与优化4.2 热导率及流体流动参数的优化4.3 整体性能指标的优化4.4 材料成本与性能的综合考虑4.5 多目标优化方法及应用5. 最终设计方案5.1 设计方案的制定与评估5.2 设计方案的绘图与说明5.3 设计方案的成本估计5.4 设计方案的可行性分析5.5 最终设计方案的总结与推广总结:通过对大学毕业设计蒸发器设计的详细讨论,我们从热传导理论、传热面积计算、流体流动分析、参数优化以及最终设计方案等五个大点展开讨论。

我们明确了热传导理论对蒸发器设计的重要性,以及传热面积计算、流体流动分析和参数优化在设计过程中的应用。

最后,我们提出了一个最终设计方案,概述了其制定与评估过程,并对设计方案的可行性与推广进行了总结。

希望本文对读者在进行大学毕业设计蒸发器设计时能够提供有益的指导与参考。

蒸发器工作原理动态

蒸发器工作原理动态

蒸发器工作原理动态蒸发器是一种常见的热交换设备,其工作原理是利用液体蒸发时吸收热量的特性,将热量从一个物质传递到另一个物质。

蒸发器广泛应用于空调、冰箱、蒸发冷却器等领域,下面我们来详细了解一下蒸发器的工作原理动态。

蒸发器的工作原理可以用一个简单的实验来说明。

首先,我们准备一个容器,将其中的水加热至沸点,然后放置在室温下。

随着时间的推移,我们会发现容器中的水量逐渐减少,这是因为水不断蒸发成水蒸气,从而带走了一部分热量。

这个过程就是蒸发器的工作原理的一个简单模型。

蒸发器的工作原理可以分为两个阶段:传热和蒸发。

在传热阶段,热源将热量传递给蒸发器中的液体,使其温度升高。

当液体温度达到其沸点时,蒸发阶段开始。

在这个阶段,液体表面的分子不断蒸发成水蒸气,并带走了一部分热量。

这样,蒸发器中的液体就不断地蒸发成水蒸气,从而吸收了大量的热量。

蒸发器的工作原理动态可以用热力学的角度来解释。

根据热力学第一定律,能量在物质间的转换是不会损失的,只会转化成其他形式。

因此,蒸发器中液体的蒸发过程实际上是将热量从热源转移到了水蒸气中,使得水蒸气的内能增加。

这样,蒸发器就实现了热量从热源到冷却介质的传递,从而起到了降温的作用。

蒸发器的工作原理动态还与其结构和工作环境密切相关。

蒸发器通常由管道、外壳和换热介质组成。

在工作时,液体通过管道流动,与外壳中的热源接触,从而吸收热量。

同时,蒸发器通常处于低温环境下,使得水蒸气能够更快地散发热量。

这样,蒸发器就能够更高效地完成热量传递的过程。

总之,蒸发器的工作原理动态是一个复杂的过程,涉及传热、蒸发和热力学等多个领域的知识。

通过深入了解蒸发器的工作原理,我们可以更好地应用蒸发器,提高其工作效率,为人们的生活和生产提供更好的服务。

PCS7的蒸发器控制系统设计论文

PCS7的蒸发器控制系统设计论文

PCS7的蒸发器控制系统设计论文第1篇:PCS7的蒸发器控制系统设计论文1系统分析1.1被控对象分析蒸发器的示意所示,其工作流程大致可描述为:待浓缩的稀液从蒸发器上部进入蒸发器e1201,吸收过热蒸汽提供的热量,稀液中的水分变成二次蒸汽从蒸发器顶部排出,浓缩液从蒸发器底部排出;浓缩液浓度不能在线测量;稀液流量为f1201,稀液管线上设阀门v1201;浓缩液流量为f1202,浓缩液管线上设阀门v1202;二次蒸汽流量为f1203,二次蒸汽管线上设阀门v1203;从蒸发器中部通入满足工艺要求的过热蒸汽,蒸汽流量为f1105,过热蒸汽管线上设阀门v1105;换热后的过热蒸汽变为冷凝水排出。

蒸发器为真空*作,蒸发器液位为l1201,温度为t1201,压力为p1201。

1.2工艺流程分析蒸发器的工艺流程可以具体描述为:1)打开稀液流量阀v1201,向蒸发器e1201注入稀液,并使蒸发器液位稳定在80%左右。

2)打开过热蒸汽流量阀v1105和二次蒸汽流量阀v1203,向蒸发器通入过热蒸汽,使蒸发器温度达到108℃,并保持稳定。

3)待浓缩液浓度达到7.5%时,开启浓缩液流量阀v1202,开始连续出料,使浓缩液流量达到4.63kg/s,并保持流量平稳。

2系统总体方案设计2.1控制要求与技术指标(1)控制要求基础过程控制(bpcs)的任务是保*蒸发器温度、浓缩液浓度以及未完,继续阅读 >第2篇:CPAC控制系统设计论文1系统架构CPAC和其中一个客户端构成的银行自动化存取控制系统总体结构。

控制系统由上位机和下位机两部分组成。

上位机是计算机系统,包含控制中心计算机、客服端计算机及打印机、磁卡阅读器与密码键盘等配套设备;下位机是CPAC、端子板及存取机械手与取箱口所用的6个伺服电机及驱动器。

由于CPAC只能控制8个伺服电机,控制存取机械手与取箱口1已经占用了6个接口,而一个取箱口远远不能满足客户的需求。

当取箱口数量超过一个后,用PLC控制其余出箱口,PLC与CPAC之间通过RS485总线通讯,由CPAC作为主控制器协调PLC实现存取保管箱*作。

蒸发器动态特性及详细介绍

蒸发器动态特性及详细介绍

蒸发器动态特性及详细介绍蒸发器动态特性及详细介绍摘要:蒸发器是制冷和热泵系统中最重要的组成部分之一,其动态特性的模拟预测和研究无论对蒸发器本身的设计、运行还是对整个制冷热泵系统的优化和控制都具有十分重要的意义。

本文以逆流套管式蒸发器为研究对象,从其结构特点出发,经适当假定,运用质量、动量和能量守恒方程建立蒸发器的动态分布参数模型。

用数值方法对模型方程进行离散求解。

得到并分析了动态过程中蒸发器制冷剂侧及水侧各主要参数的沿程分布及其随时间的变化情况。

关键词:蒸发器动态模拟动态分布参数0 引言制冷与热泵技术与人们日常生活的关系越来越密切,尤其是近年来随着国民经济和人民生活水平的提高,制冷和热泵行业发展迅速,与此同时也造成电耗、燃料消耗的大幅度增加,缺电、缺油、缺煤等信息见诸报端的频率不断升级。

据统计,暖通空调能耗约占我国总能耗的22.75%,并有逐渐上升的趋势。

在我国经济保持快速增长的同时,重要能源的紧缺正逐步成为制约我国经济发展的瓶颈,因此,开发和研制高性能、低能耗的制冷、热泵系统是该技术领域的重要课题之一,也是“可持续发展”国策的迫切要求。

而蒸发器是制冷、热泵装置中最重要的组成部分之一,它的运行状况直接关系到整个系统性能的优劣,因此,蒸发器的研究一直受到国内外学者的密切关注。

蒸发器动态分布参数模型的建立实际上,整个制冷、热泵装置均是在动态下工作,纯粹的稳态工况是不存在的。

到目前为止,对制冷系统所建立的理论模型中大部分是基于稳态工况下做出的。

为对整个制冷、热泵系统的实际运行过程机理有充分的理解,提高系统各部件及系统的效率,实现制冷、热泵系统的最佳匹配及最优控制等,必须建立能描述整个系统的动态数学模型。

作为制冷系统的关键设备——换热器仍是研究者们历来研究的重点,其动态性能对整个制冷、热泵系统性能起至关重要的作用。

因此,换热器的动态模型已成为整个制冷、热泵系统动态模拟水平高低的一个重要标志。

在制冷、热泵装置中,换热器包括蒸发器和冷凝器,二者的研究有相似之处,但也有很大不同。

蒸发器的动态特性分析

蒸发器的动态特性分析
实验结果进行了对比分析。

2 1 4 5 0 0
, 普 朗 特数 c / k , 水 流 量
式中, 雷诺 数 R e 娟 ( d : - d , )


【 关键词 l蒸发器; 动态特性 ; 参数建模 ; 对比分析
3 . 2 压降的计算 在 制冷剂的管 内两 相流动过程 中, 沿程各个 切点的切应力 的确定 具 有一定的难度 , 造成动量方 程的求解 需结合相关的经验 公式 。 此状态 中蒸发器的管内总压降 由重力压 降、 加 速压降和摩擦 压降三部分组成 。
对于水平管来说 , 简化处 理过程 中可以将重力压 降忽略为零。 1 . 引言 加速 压降的计算式 如式 ( 5 ) 。 制冷、 热泵 系统除了要具 有良好 的经济 性和可靠 的稳定性 外, 还需 研究 其动态 特性 。 蒸发 器是制冷、 热泵 装置的 核心构 件, 其 内部制冷、 热泵系统 的动态过 程中传热 与传质流动状 态不断变化 , 极具复杂性 。 因
2 1 { V l o - x : + x = l _ L O - x ) : 爿} ( 5 )
.摩擦压 降的计算方法 中, 基于 计算结果精 确度的考虑 , 本 文 采用S t e i n h a g e n 和He c k  ̄ 出的计算方法 , 具体形式如式 ( 6 ) 。
此, 在很 大程 度 上稳定性 分 析不能 准确 反映 系统 内部 的传 热和 传质过 程。 2 . 蒸 发嚣 动态 参 数 模型 的 奠立 2 . 1 模 型建立 的前 提条件 实 质上制冷、 热泵 系统 不存在 绝对 的稳态 , 为了提高 对整个 设备的 了解程 度、 优化 系统 的控制过 程 , 应建立 有效 的动态参 数模 型。 动态模 型的建立 比较 复杂 , 要考虑诸 多因素 。 蒸发 器动态模型 的参数处 理一般 采 用集中参数与分布参数两 种方式 , 集 中参 数方案一般 用于 定性分析, 具 有计 算快速 、 稳 定性高 的特点 ・ 分布参 数方案 计算结 果更可靠 , 与真 实动态结果较 相近 。 本 文采用分布 螽数法建模 , 效果更有现实意 义。 本文的研 究对象选 用套管 式蒸发器, 在分布参数法建模 的基础上, 将水与制 冷剂 之 间的换 热方式 看 作逆流 换 热。 为了更全 面地研 究动 态

风冷冰箱蒸发器除霜特性及箱温回升的实验研究_唐学强

风冷冰箱蒸发器除霜特性及箱温回升的实验研究_唐学强

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西 安 交 通 大 学 学 报
第4 8卷
多温区 、 自动 风冷无霜冰箱以其特有的容量大 、 除霜等优点 , 被行业公认为冰箱发展的必然趋势 , 其 主要是通过蒸发器风机使冷藏与冷冻室回风流经蒸 发器并与之换热 , 在这个降温过程中空气中水蒸气 在蒸发器表面析出 凝 结 成 霜 , 之后蒸发器运行时间 霜层逐渐增厚 , 使得换热过程热阻和空气的流 增长 , 通阻力增加 , 空气 流 量 减 小 , 蒸 发 温 度 下 降, 蒸发器 因此 当 蒸 发 器 表 面 霜 层 达 到 一 定 厚 换热性能降低 , 度时 , 需要进行定期除霜 。 目前国内外学者对除霜相关过程进行了大量研 究 。H 当管路 的 当 量 直 径 小 于 临 界 热 绝 u a n g 指出 , 缘半径时 , 霜层的积 聚 促 进 制 冷 剂 与 空 气 之 间 的 换 当其大于临界热 绝 缘 半 径 时 霜 层 阻 碍 制 冷 剂 与 热, ; 相对湿度越 I n a n 的 研 究 表 明, 大, 蒸发器表面霜层厚度增加越快 , 翅片间空气流通
, , 。 作者简介 : 唐学强 ( 男, 硕士生 ; 黄东 ( 通信作者 ) 男, 副教授 。 收稿日期 :2 0 1 4 1 9 8 8—) 0 6 1 1 - - 网络出版时间 :2 0 8 1 3 1 4 0 - - : / / / 网络出版地址 :h t t c n k i . n e t k c m s d e t a i l 6 1. 1 0 6 9. T. 2 0 1 4 0 8 1 3. 1 0 0 8. 0 0 2. h t m l ∥www. p
r i m e n t a l I n v e s t i a t i o n f o r D n a m i c C h a r a c t e r i s t i c s o f D e f r o s t i n E x e g y g p P r o c e s s a n d E f f e c t o n F r e e z e r C o m a r t m e n t T e m e r a t u r e i n D o m e s t i c p p F r o s t e e R e f r i e r a t o r F r - g

汽车空调系统蒸发器的特性分析 (外文翻译) 徐科飞

汽车空调系统蒸发器的特性分析 (外文翻译) 徐科飞

毕业设计(论文)译文题目名称:汽车空调系统蒸发器的特性分析学院名称:能源与环境学院班级:建环102学号:201001114205学生姓名:徐科飞指导教师:马富芹2014年03 月25日汽车空调系统蒸发器的特性分析摘要——本研究的目的是建立汽车空调系统蒸发器的理论模型并进行模拟来评估操作参数,环境条件,以及设计参数对蒸发器的性能的影响。

汽车空调系统主要由四个组件构成:压缩机,冷凝器,制冷剂控制器,和蒸发器。

蒸发器中的制冷剂流可以被划分为两个区域:蒸发区和过热区。

在第一个区域中的制冷剂是一个二相流,在第二个的区域中的制冷剂处于过热蒸汽状态。

蒸发器的内部流过的空气也可以分为两个区:非饱和区和饱和区。

水蒸汽凝结在饱和区,而在非饱和区无凝结水。

因为制冷剂流量和空气流是彼此垂直的,制冷剂在蒸发区和所述过热区的分布不与空气中的非饱和区和饱和区的分布重合。

本研究探讨不同的设计参数,环境条件和冷却能力与过热的运行参数对空调系统的影响. 设计参数包括制冷剂通道的长度,空气通道的长度和散热片的厚度。

环境条件,包括进气口温度和绝对湿度。

操作条件包括制冷剂入口焓,进气流量,以及制冷剂质量流量。

模拟的结果表明,相同外形尺寸下,50微米米宽度的鳍片具有最大的冷却能力,比这厚或薄的鳍片只能降低冷却能力。

不同的外部尺寸下,更长的制冷剂管和空气通道产生一个更大的冷却能力,然而,如果制冷剂的流量是固定的,增加的冷却能力会变得越来越少,因为气态制冷剂的传热能力是有限的。

在这项研究中,制冷剂通道的长度增加,制冷量即可同比增长19%,并且空气通道的长度增加可提高22%的冷却能力。

此外,我们发现在本研究中,降低制冷剂入口焓,进气流量,空气入口温度,以及入口绝对湿度,或增加制冷剂质量流量,将延伸过热区和减小制冷剂的过热度。

我们也发现,空调机的冷却能力在制冷剂质量流量和入口焓改变时易受影响,在研究中变化超过工作范围的50%被发现。

然而,改变进气的温度,绝对湿度,及入口空气流速仅导致在有条件的检测范围内介于10%和20%的变化。

翅片管蒸发器结霜过程动态性能的实验研究

翅片管蒸发器结霜过程动态性能的实验研究

Ab t a t sr c : T e d n mi ef r n c f n e ・u e e a o ao f mals a er f g r t n isa lt n w t n i c c o i g h y a c p roma e o f n d t b v p r tro s l c l e r e ai n tl i i ai d r t o l ai a — i o ao h e n
b ssf rte a p iai n o e c n i o a t r a d t e e o o c t h n fte r f g rt n s se a i o h p l t ft o d t n fc o n h c n mia ma c i g o e r e ai y tm. c o h i s l h i o Ke r s i d r c o l g; o t i n d tb v p r tr p r r a c y wo d : n i t o i f s ;f e ・ e e a ao ; e o e c n r n u o fm ne
中图分类号 : T 2 K14 文献标识码 : A
Ex r me a nv si a i n he Dyna c Pe f r a c f Fi e t be Ev po a o pe i nt lI e tg ton o t mi r o m n e o nn d-u a r t r
维普资讯
20 08年 第 3 6卷第 0 2期
文 章 编 号 : 10 -0 2 (0 8 O —0 0 —0 0 5 -3 9 2 0 )2 0 5 5 - -





翅 片管蒸发器结霜过程动态性能 的实验研 究

薄膜蒸发器的蒸发换热特性研究与优化

薄膜蒸发器的蒸发换热特性研究与优化

薄膜蒸发器的蒸发换热特性研究与优化引言薄膜蒸发器是一种常用的换热设备,广泛应用于化工、制药、食品等工业领域。

在薄膜蒸发过程中,液体在蒸发器内经过薄膜表面形成一个薄薄的蒸发膜,通过传热和传质作用使蒸发物质发生汽化,从而实现蒸发换热的目的。

本文将深入探讨薄膜蒸发器的蒸发换热特性,并针对其进行研究与优化。

一、薄膜蒸发器的基本原理薄膜蒸发器是一种通过液体薄膜蒸发换热的装置。

液体在薄膜蒸发器内部形成一个薄薄的蒸发膜,并在膜表面快速蒸发,实现传热与传质的同时。

薄膜蒸发器的传热性能与传质性能直接影响其换热效率和操作稳定性。

二、薄膜蒸发器的传热特性1. 蒸发膜的形成与稳定性薄膜蒸发器内部液体形成的薄膜对传热性能有重要影响。

稳定的蒸发膜能够保证蒸发过程的连续进行,增加传热效果。

因此,研究薄膜蒸发器内蒸发膜的形成和稳定性,对于优化其传热特性具有重要意义。

2. 传热系数的研究与优化传热系数是评价薄膜蒸发器传热效果的重要指标。

传热系数受到薄膜表面特性、薄膜厚度以及工艺条件等因素的影响。

通过研究传热系数的变化规律,并采取相应的优化措施,可以提高薄膜蒸发器的传热性能。

三、薄膜蒸发器的传质特性1. 传质过程的研究与优化除了传热过程外,传质过程也是薄膜蒸发器的重要特性之一。

传质效果的好坏直接关系到薄膜蒸发器的换热效率和产品纯度。

因此,研究薄膜蒸发器内传质过程的机理,并采取相应优化措施,可有效提高传质效果。

2. 分离效果的研究与优化薄膜蒸发器不仅用于换热,还用于物质的分离。

其中,分离效果是评价薄膜蒸发器性能的重要指标之一。

通过研究薄膜蒸发器内的分离效果并进行相应优化,可以保证产品的纯度和质量。

四、薄膜蒸发器的优化策略1. 材料与结构的优化薄膜蒸发器的材料与结构直接影响其传热性能和传质性能。

选择合适的材料和优化结构可以提高薄膜蒸发器的换热效率和操作稳定性。

2. 工艺参数的优化薄膜蒸发器的工艺参数对其性能具有重要影响。

通过调整进出口温度、进出口流量和加热功率等工艺参数,可以优化薄膜蒸发器的换热效果和分离效果。

多效蒸发器的流体力学特性研究

多效蒸发器的流体力学特性研究

多效蒸发器的流体力学特性研究多效蒸发器是一种广泛应用于化工、能源等领域的热传输设备,其研究对于提高能源利用效率、降低能源消耗具有重要意义。

本文旨在探讨多效蒸发器的流体力学特性,包括流体动力学流场分布、压降特性以及流体传热性能等方面的研究成果。

在多效蒸发器的研究中,流体动力学流场分布是一个关键的研究内容。

传统的多效蒸发器通常采用垂直排列的多效管束结构,流体在多效管束内部的流动过程中,会受到重力、惯性力、黏性力等力的作用。

研究发现,流体的流动形式主要包括层流流动和湍流流动两种情况。

层流流动时,流体以平行流动的方式通过多效管束,流速分布均匀,热负荷的传递效果较好。

而湍流流动时,流体的速度分布更加复杂,热传输效率会受到一定程度的限制。

另一方面,多效蒸发器的压降特性是研究的重点之一。

压降是指在流体通过多效管束时所产生的压力损失,它直接影响到流体的流速分布和传热效果。

较高的压降意味着流体在通过多效管束时需克服更大的阻力,不仅会增加能源消耗,还可能导致热传输效率下降。

因此,研究多效蒸发器的压降特性对于提高能源利用效率具有重要意义。

已有的研究表明,多因素的共同作用下,如流体黏性、流速、管道布局等,均会对多效蒸发器的压降特性产生影响。

通过合理调整多效蒸发器的结构参数,可以降低压降,提高热传输效率。

此外,多效蒸发器的流体传热性能也是研究的重要方面。

传热性能的好坏直接关系到多效蒸发器的热能转换效率。

一般来说,传热性能主要受到流体的流速、温度差、传热面积和传热介质的热传导性能等因素的影响。

研究发现,提高流体的流速可以增加传热系数和传热容量,从而提高热传输效率。

此外,通过增加传热面积,有效增加了热传输表面积,使得热传输效率得到显著提高。

综上所述,多效蒸发器的流体力学特性研究对于提高能源利用效率、降低能源消耗具有重要意义。

通过研究多效蒸发器的流体动力学流场分布、压降特性以及流体传热性能等方面的研究成果,可以为多效蒸发器的设计和优化提供重要依据。

干式蒸发器动态集中参数模型研究

干式蒸发器动态集中参数模型研究

(7)
由于流经蒸发器的空气流程一般较短, 且蒸发器管排在结构设计上保持了一种均匀换热 的趋势, 所以整个空气流程的参数分布可采用零阶近似或一阶近似。 对应零阶近似的就是单 节点集中参数模型,而对应一阶近似的就是分段线性模型。对于普通的家用空调器而言,单 节点模型与分段线性模型计算结果的重合性非常好,且计算量小,更适合实际要求。 单节点模型视蒸发器的整个空气侧为一个节点, 采用焓模型以统一处理干、 湿两种工况。 换热能量方程:
作者简介:毕文峰(1980-)男,山西高平人,在读硕士研究生,建筑环境与设备工程专业 河北工程学院 238 信箱 邮编:056038 E -mail:bwf3163490@ Tel:03103163707 - 96 -
2.2.1 池状沸腾流模型 假定 m e, o 是进口流量和压缩机流量的某一平均值。
设置 初 始 条 件 、 边 界条 件 以及 蒸 发 器 的 结 构参 数
(17)
空 气 、 制 冷 剂 动态 边界参数
(18)
假 设 空 气出 口 温 度
总能方程离散为: Ei = Ei −1 + ( me ,i he, i + Qe )∆t (19)
计算 制 冷 剂 、 空 气侧 平 均 温 度
Q = m (h p − he ,i ) = αAe (Tw − Te )
(4)
可解出正常沸腾流区的长度 LTP1 ,进一步容易确定该区状态。剩下的池状沸腾流区按池状 沸腾流模型的思路求解。 2.2.3 正常沸腾流模型 假定出口干度为 1,按管壁温度方程(2)和流动换热方程(4)可求得两相区长度 LTP , 当 LTP ≥ Le 时,整个蒸发器都处在两相区,修正出口干度直到 LTP = Le ;当 LTP < Le 时, 出现过热区,假定出口温度,这时由流动换热方程(5)和平均温度方程(6)以及管壁温度 方程(7)可迭代求得出口温度。最后由连续性方程(1)反演求得。

蒸发器动态特性研究

蒸发器动态特性研究
蒸 发 器 动 态 特 性 研 究
刘 志 财 汪 鑫 ( 金电子( 乐 天津) 有限 电器 公司)
进 口压 力 P, 口焓 h, 口 流 量 G : 侧 的 边 界 条 件 为 : 口 进 进 水 进
摘 要 : 发 器 是 制 冷 和 热 泵 系 统 中最 重 要 的组 成 部 分 之 一 , 动 态 特 性 很 重 要 的 。 在蒸 发器 的动 态模 拟 中 , 冷 剂 侧 的 边 界 条件 为 : 蒸 其 制
由于 某 些条 件 的 变化 引起 的非 稳 态 过 程 。 如 果 这 些 条 件 一 直 保 持 下 去 而 不 再 发 生 变化 , 最 终 必 定达 到 另 一 个 稳定 状 态 。 初 始 的稳 态 则 经
理 有充 分 的理 解 , 高 系 统 各部 件 及 系统 的效 率 , 现 制 冷 、 泵 系 统 提 实 热 的 最佳 匹 配及 最 优 控 制等 ,必 须 建 立 能 描 述 整 个 系统 的动 态 数 学模
的 变化 情 况 。
其 中 , 态 模 型 的 求 解 只 需 知 道 边 界 条 件 即 可 , 对 于 动 态 模 拟 稳 而
物 理 参 数值 。 态 问题 可 以看 作 是 它在 初 始 时 刻 处 于 某 个 稳 定 状 态 , 动
关键词 : 蒸发器
ห้องสมุดไป่ตู้
动态模拟
动态分布参数
0 引言 在 就 制 冷 与 热 泵 技 术 与 人 们 日常 生 活 的 关 系 越 来 越 密 切 ,尤 其 是 近 求解 后 , 稳 态 热 力 学 方 程 中 加 入 时 间 项 , 不 难 求 得 在 已知 边 界 值 的 条件 下 的动 态 模 型 解 。 本 文 先计 算 稳 态 工 况 , 稳 态 工 况 的基 础 故 在 年 来 随 着 国 民经 济 和 人 民 生 活 水 平 的 提 高 ,制 冷 和 热 泵 行 业 发 展 迅 上 , 改 变边 界 条 件 , 入 流 量 的 阶 跃 变 化 条 件 , 再 加 以获 得 动 态模 型 的 速 , 此 同 时 也 造 成 电耗 、 料 消 耗 的 大 幅 度 增 加 , 电 、 油 、 煤 与 燃 缺 缺 缺 解。 等 信 息 见 诸 报 端 的 频 率 不 断 升 级 。 统 计 , 通 空 调 能 耗 约 占我 国总 据 暖 计 算 从 稳 态 工 况 1 即 初 始 条件 ) ( 开始 , 先根 据 蒸 发 器 工 质 的进 首 能 耗 的 2 5 , 有逐 浙 上 升 的趋 势 。在 我 国经 济 保 持 快 速 增 长 的 27 % 并 口压 力 和 入 口水 温 假 设 沿 程 结 点 的工 质 压 力 P 焓 h、 度 T、 温 、 温 水 同 时 , 要 能 源 的 紧缺 正逐 步 成 为制 约 我 国经 济 发 展 的 瓶 颈 , 重 因此 , T 、 壁温 度 T w管 p分 布值 。 由假 设 的压 力值 求得 相 应 结点 的制 冷剂 饱 和 开 发 和 研 制 高 性 能 、 能 耗 的制 冷 、 泵 系统 是该 技 术领 域 的 重 要 课 低 热 温 度 T 和 各物 性 参 数 分 布 , 合 已假 设 的焓 值 又 得 到 相 应 的 干 度 X s 结 。 题 之 一 , 是 “ 持 续 发展 ” 也 可 国策 的迫 切 要 求 。 而 蒸 发 器 是 制 冷 、 泵 热 对 于 稳 态 工 况 , 冷 剂沿 程 流 量 为 定值 , 已知 的进 口流 量 G 。 求解 制 即 r 装 置 中 最 重 要 的 组成 部 分 之 一 ,它 的运 行状 况直 接 关 系 到 整 个 系 统 出新 的压 力 分 布 , 经循 环 迭 代 直 至压 力 P趋于 稳 定 。 用 以上 循 环 所得 性能的优劣 , 因此 , 发器 的研 究一 直 受 到 国 内外 学 者 的密 切 关注 。 蒸 的 工质 有 关 物性 参 数 、 度 x 结 合 由假 设 的焓 值 求 得 的冷 剂温 度 T , 干 , r 蒸 发器 动 态 分布 参 数模 型 的 建 立 还 有 已知 的流 量 G 和 前 面 假 设 的管 壁 温 度 T r p可 求 解 出制 冷 剂 侧 的 实 际上 , 个 制 冷 、 泵装 置 均 是在 动 态 下 工 作 , 粹 的稳 态 工 况 整 热 纯 换 热 系数 和 离 散 方程 系 数 。用 T DMA法 求解 制 冷 剂 侧 能量 方 程 是 不存 在 的 。 到 目前 为 止 , 制冷 系统 所 建 立 的理 论 模 型 中大 部 分 是 对 基 于稳 态 工 况 下做 出的 。 为对 整 个 制冷 、 泵 系统 的 实 际运 行 过 程 机 热

蒸发器液位控制系统动态特性研究及仿真

蒸发器液位控制系统动态特性研究及仿真
参数 有蒸 发器 液 位 、 上 料 量 的 流量 和 进入 蒸 汽 管
网的蒸 汽压力 。 十分 重要 Nhomakorabea, 蒸发 器 液 位 的 高 度关 系到 汽 水 分 离 的
速度 , 也是 确保 蒸 发器 稳 定 运 行 的 重要 参 数 。液 位 过 高会影 响 汽水分 离 , 产生蒸 汽 带液现 象 , 影 响 蒸 汽 的 品质 , 给 后续 的净 化处 理带来 困难 ; 液 位 过 低 会 影 响蒸 汽 和 水 的 自然 循 环 , 如 不 及 时 调 节 就 会 使 蒸发 器里 的水 全部 汽化 , 可能 导致 干锅 现象 。
位的 P I 调节输 出要 经过 阀门定 位 器 、 调 节 阀和 预
液进 料量 完成 粗调 , 再 由蒸 发器 水 位 调节 器 完 成
水位 的细调 。 串级控制 能克服 上料 液流量 产生
的扰 动 , 有效 改善 蒸发器 的滞后 现象 , 提 高主 回路
的响应 速度 。
在传统 工程 应用 中 , 没 有 直 接对 蒸 发 器 产 生
第 1 1 期
杨兰菊等. 蒸 发器 液位 控制 系统 动 态 特性 研究 及仿 真
蒸 发 器 液 位 控 制 系统 动态 特性 研 究及 仿 真
杨兰菊 司丹 丹 陈先 林
( 中 国 核动 力 研 究 设 计 院 第 一 研 究 所 , 成都 6 1 0 0 4 1 )
摘 要
根据 蒸发器液位控制的特点 , 提 出 了 三 冲 量 控 制 系统 , 建 立 了理 论 数 学模 型 , 并 详 细 分析 了蒸
因此建 立一 个 能 自动 调节 的蒸 发器 液位 控制 系统
是 非 常必要 的。
1 蒸 发 过 程 介 绍
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蒸发器动态特性研究
摘要:蒸发器是制冷和热泵系统中最重要的组成部分之一,其动态特性的模拟预测和研究无论对蒸发器本身的设计、运行还是对整个制冷热泵系统的优化和控制都具有十分重要的意义。

本文以逆流套管式蒸发器为研究对象,从其结构特点出发,经适当假定,运用质量、动量和能量守恒方程建立蒸发器的动态分布参数模型。

用数值方法对模型方程进行离散求解。

得到并分析了动态过程中蒸发器制冷剂侧及水侧各主要参数的沿程分布及其随时间的变化情况。

关键词:蒸发器动态模拟动态分布参数
0 引言
制冷与热泵技术与人们日常生活的关系越来越密切,尤其是近年来随着国民经济和人民生活水平的提高,制冷和热泵行业发展迅速,与此同时也造成电耗、燃料消耗的大幅度增加,缺电、缺油、缺煤等信息见诸报端的频率不断升级。

据统计,暖通空调能耗约占我国总能耗的22.75%,并有逐渐上升的趋势。

在我国经济保持快速增长的同时,重要能源的紧缺正逐步成为制约我国经济发展的瓶颈,因此,开发和研制高性能、低能耗的制冷、热泵系统是该技术领域的重要课题之一,也是“可持续发展”国策的迫切要求。

而蒸发器是制冷、热泵装置中最重要的组成部分之一,它的运行状况直接关系到整个系统性能的优劣,因此,蒸发器的研究一直受到国内外学者的密切关注。

蒸发器动态分布参数模型的建立
实际上,整个制冷、热泵装置均是在动态下工作,纯粹的稳态工况是不存在的。

到目前为止,对制冷系统所建立的理论模型中大部分是基于稳态工况下做出的。

为对整个制冷、热泵系统的实际运行过程机理有充分的理解,提高系统各部件及系统的效率,实现制冷、热泵系统的最佳匹配及最优控制等,必须建立能描述整个系统的动态数学模型。

作为制冷系统的关键设备——换热器仍是研究者们历来研究的重点,其动态性能对整个制冷、热泵系统性能起至关重要的作用。

因此,换热器的动态模型已成为整个制冷、热泵系统动态模拟水平高低的一个重要标志。

在制冷、热泵装置中,换热器包括蒸发器和冷凝器,二者的研究有相似之处,但也有很大不同。

比较而言,蒸发器的研究要比冷凝器复杂得多,它对系统的影响更大,建模过程中要考虑的因素更多。

蒸发器模型的建立主要有集中参数和分布参数两种方法,前者具有计算速度快,稳定性好的优点,通常用于定性分析;而后者具有计算精度高、结果可靠、能较好的反映研究对象真实运行状态等优点,采用该方法建模具有现实意义。

本文以套管式蒸发器为研究对象,采用分布参数法建立模型,模型中水与制冷剂间的换热视为逆流换热,蒸发器中制冷剂在管内流动,主要经历从两相到过热的过程,但为了增大模型的通用性、更加全面地研究蒸发器的动态特性,在模型中考虑了过冷区以及过冷沸腾区。

在某些工况下,制冷剂虽经膨胀阀后压力下降,但仍有可能以过冷状态进入蒸发器。

此时,制冷剂温度低于相应压力下的饱和温
度,管壁温度也不高于该饱和温度。

随着制冷剂不断被加热和所接触的管壁温度越来越高,制冷剂将进入过冷沸腾状态,在此区域中,虽然制冷剂的主流温度还低于相应压力下的饱和温度,而管壁温度已高于该饱和温度。

在制冷剂贴近管壁的地方会产生少量小气泡,在其进入主流的过程中又迅速消失。

这样,在这一区域的换热系数就要高于纯粹的过冷区。

当制冷剂的主流温度达到相应压力下的饱和温度时,产生的气泡越来越多并且不再消失,换热系数也在迅速增大,这就是所谓的核态沸腾。

而蒸发器动态参数模型的建立包括管内制冷剂侧、金属管壁和管外水侧三部分。

在建立蒸发器的动态分布参数模型方程时先做以下假设:①制冷剂在管内为一维流动;②忽略制冷剂的轴向导热;
③忽略重力对制冷剂流动的影响;④不考虑制冷剂的粘性耗散效应;⑤管外水的流动亦视为一维流动,且忽略水侧的压降;⑥不计管壁径向热阻;⑦套管外壁保温良好,其散热损失视为零。

在有效假设的情况下,引入边界条件,边界条件的引入是为了确定微分方程具体解的形式,对于数值计算,正确的给定边界条件也是很重要的。

在蒸发器的动态模拟中,制冷剂侧的边界条件为:进口压力p,进口焓 hr,进口流量gr;水侧的边界条件为:进口温度tw,进口流量gw。

其中,稳态模型的求解只需知道边界条件即可,而对于动态模拟由于多了时间变量,还必须给出相应的初始条件,以确定下一时刻的物理参数值。

动态问题可以看作是它在初始时刻处于某个稳定
状态,由于某些条件的变化引起的非稳态过程。

如果这些条件一直保持下去而不再发生变化,则最终必定达到另一个稳定状态。

经初始的稳态求解后,在稳态热力学方程中加入时间项,就不难求得在已知边界值的条件下的动态模型解。

故本文先计算稳态工况,在稳态工况的基础上,再改变边界条件,加入流量的阶跃变化条件,以获得动态模型的解。

计算从稳态工况1(即初始条件)开始,首先根据蒸发器工质的进口压力和入口水温假设沿程结点的工质压力p、焓hr、温度tr、水温tw、管壁温度tp分布值。

由假设的压力值求得相应结点的制冷剂饱和温度ts和各物性参数分布,结合已假设的焓值又得到相应的干度x。

对于稳态工况,制冷剂沿程流量为定值,即已知的进口流量gr。

求解出新的压力分布,经循环迭代直至压力p趋于稳定。

用以上循环所得的工质有关物性参数、干度x,结合由假设的焓值求得的冷剂温度tr,还有已知的流量gr和前面假设的管壁温度tp 可求解出制冷剂侧的换热系数和离散方程系数。

用tdma法求解制冷剂侧能量方程
就可获得一组新的焓值。

这里,同样需要对焓hr进行循环迭代直至收敛。

然后根据水侧热物性和已知的水流量gw,结合前面假设的管壁温度tp,使用tdma法求解水侧能量方程而得到管外冷冻水的温度tw分布。

利用前面所得的铜管内、外侧换热系数与制冷剂、水的温度,并结合铜管热物性,用同样方法得到新的管壁温度tp
分布。

比较“新”、“旧”tp值,不断循环迭代,直至收敛。

对于蒸
发器的某一个或几个入口参数改变后的动态问题来讲,还要对稳态工况2(即时间t的状态)进行以上的求解过程,将其作为经过每个时间步长计算结果的比较依据。

另外,在非稳态条件下压力的循环求解中,制冷剂沿程各点的流量由于会出现流动沸腾现象,可能不再是定值,但仍应满足连续性方程。

因为在方程的离散过程中采用的是全隐式格式,所以时间步长可以适当取大些,这里的t不小于1秒。

在蒸发器从稳态1到稳态2的变化过程中,起初的参数变化是非常剧烈的,使用较小的时间步长;随着各参数逐渐地趋于稳定,变化不再明显,则采用较大的时间步长。

根据以上内容得出动态过程的具体计算步骤见流程图:。

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