刮片式冰浆制取系统的分析与实验研究

【摘要】动态冰浆是一种由水、冰晶粒子以及冰点调节剂（乙醇、氯化钠、乙二醇等）组成的固液两相混合溶液，它具有良好的流动性和巨大的相变潜热，可以作为一种优良的蓄冷介质，适用于大规模和高密度的冷量储存及输送，被广泛应用于集中供冷、建筑空调、食品冷藏和工业冷却等领域，以及一些潜在的应用：消防灭火、矿井冷却及用于人体器官的快速冷却。目前冰浆的制取方式主要有壁面刮削法、过冷水法、流化床法、真空法和直接接触法。鉴于实验条件，本文在分析了以上几种制冰方式优缺点的基础上，选用系统稳定性更高的壁面刮削式制冰装置，实验对象为氯化钠溶液。本文分析了水的特性以及冰晶的生长过程，在确定本文选用的刮削式制冰装置基础上，重点分析了壁面成核的机理，并对相变吉布斯自由能推导计算，得出冰晶的生长是依靠过冷度来促进的，参考氯碱手册上的氯化钠溶液的物性参数，利用gambit软件对蒸发器进行几何建模以及边界网格划分，随后导入Fluent软件中，利用Solidification&Melting模型对氯化钠溶液的降温凝固过程进行数值模拟计算，获得氯化钠溶液在降温凝固过程中的温度由壁面逐渐向管中央变化，温度梯度分布均匀；出现相界面分离的时间随着浓度的增大而增大。通过对系统进行选型计算，搭建刮片式冰浆制取实验装置。冰浆发生器中设计的刮片为聚四氟板，左右对称分布在发生器的内壁上，依靠中心动力轴，带动刮片刮削发生器壁面的冰晶。建立一套数据采集系统，对实验过程中压缩机的吸排气温度压力；节流阀前后的温度压力；发生器中氯化钠溶液的进出口温度以及流量，冷却水的进出口温度及流量进行实时监控并记录。本文对不同浓度氯化钠溶液的降温过程进行实验研究，得出不同浓度氯化钠溶液的冰点比氯碱手册上的值偏大，其中5%时偏差最大（1.2℃）；氯化钠溶液的潜热随着浓度的增大而减小，超过5%时变化潜热下降更为明显；系统的能效系数在实验过程中先增大后减小，稳定后保持在0.6左右。
【作者】饶志明；
【导师】刘圣春；
【作者基本信息】天津商业大学，制冷及低温工程，2013，硕士
【关键词】冰浆；氯化钠；刮片式；相变潜热；

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