换热器机组
壳式换热器
铝制板翅式换热器
新闻动态
冰水混合间接换热系统中换热器参数试验点击：2126 日期：[ 2014-04-26 21:35:16 ] |
| 冰水混合间接换热系统中换热器参数试验 周福君，张飞，邹春阳 （东北农业大学工程学院，哈尔滨150030） 摘要：利用北方地区冬冷夏热的特点，冬季冻冰蓄冷，夏季利用。采用间接换热冷量交换系统，有利于低碳节能和保护环境。该文对系统中换热器的参数进行了优化试验。以热交换器中的风速、流量、迎风面积、热管长度为影响因素，以热交换器的换热效率为目标，得到换热效率84%以上的较佳参数组合为风速2.54～2.93 m/s，流量0.72～0.80 m3/h，迎风面积11.93～13.51 dm2，热管有效长度7.99～9.95 m。该研究为利用自然冷资源间接换热冷量交换系统中热交换器的设计和应用提供依据。 关键词：热交换器，参数优化，热效率，自然冷资源，间接换热 中图分类号：S212文献标志码：A文章编号：1002-6819(2011)-11-0126-04周福君，张飞，邹春阳.冰水混合间接换热系统中换热器参数试验[J].农业工程学报，2011，27(11)：126－129. 0·引言 目前在果蔬保鲜、房间空调、冷库及食品保鲜等行业的生产过程中都需要提供一定温度和很高湿度的空气，用以保证产品质量和工作环境需要的温、湿度。目前大型的降温加湿装置都以电能驱动制冷装置，这种方式一方面电能消耗大，另一方面过多使用制冷剂造成的环境污染，设备的成本造价过高。若将冬季环境下的自然冰经过保温贮藏，到夏季加以利用则不仅节约能源，而且环保。同时，采用冰水混合过滤后的冷水作为制冷剂的空调降温加湿装置可以明显的降低耗电量，而且造价低廉、无污染。但现有的降温加湿装置采用直接换冷，湿度不易控制，空气质量较差。采用间接换热的方式自动调节温度，不影响含湿量变化，同时结构简单、自动化程度高、作业质量好、能耗少、建设与运行成本低廉、空气质量好、无任何污染。 间接换热冷量交换系统中，在贮冰室内换热间中将冰水混合，过滤后接近0℃的冷水经集滤器、水泵、入水管进入换热器进行热量交换。环境热空气经风机吹入换热器管束和翅片表面，换热后冷却的空气被吹到冷藏间或房间。换热器管内冷水经热量交换后温度升高，由出水管流入贮冰室内换热间，经冰水混合后流回储水池（ZL 20071 0144758.2）。在整个冷量交换器的翅片管面，管内的热阻与管外翅片的接触热阻及管外空气侧的热阻比约为2∶1∶7[1]。1981年，Senshu等[2]对管间距影响下的翅片管性能进行了研究，证明管间距对散热性能影响很小，几乎可以忽略。1986年，Merker等[3]对拥有不同纵向管间距叉排椭圆管管束的传热和压力分布进行了测量，得出了横向管间距增加，纵向管间距减小，使得换热和流动综合性能更好。1998年，Hiroyuki[4]对顺排椭圆管管束进行了数值模拟，其中分析了管间距对传热和流动特性的影响。管外换热是制约换热器散热效能的主要因素，管外的对流换热主要受翅片的结构、管径的大小、翅片管束间流体流速、换热器迎风面积、风机风速以及管径有效换热长度等因素的影响。 利用虚拟仪器VI（virtual instrument）技术可以精确控制环境温、湿度。虚拟仪器在智能化程度、处理能力、性能价格比、可操作性等方面都具有明显的技术优势[5]。本文借助虚拟仪器技术搭建控制检测平台，在试验研究基础上优化冷量交换器参数，使其达到最佳的换热性能。 1·材料与方法 1.1测量系统 基于VI冷量交换器参数优化平台采用LabVIEW软件系统，通过应用NI-VISA函数库实现与传感器数据采集卡的串口通讯[6-7]。LabVIEW软件对数据进行处理后，在前面板上实时显示各个采集量值，包括进、出水温度差和密闭空间的温度变化差，并在波形图上显示出来。最后把采集到的数据用LabSQL工具包保存到硬盘中，给下一步进行优化分析提供数据[8]。测量系统界面如图（1）所示。 1.2试验装置 为优化换热装置参数而采用模型库进行试验研究。试验用密闭保鲜库的大小为2 m×2 m×2 m，热交换装置主要包括机架、风机、热交换器、水泵、管道等几个部分。热交换器由若干单排热交换器组合而成，单排热交换器分别固定在有轨道的栅栏中，其翅片管的迎风面积10～14 dm2和有效换热长度6～12 m，其结构如图2所示（发明专利公开号：CN102012072A）。 1.3试验方法及方案设计 通过LabVIEW软件系统调节变频器控制风机和水泵转数，进一步控制和测量风速和水流量。温度传感器Pt100与数据采集卡RMA 411相连，测量库内温度和热交换器工况前后出水的温差，得到热交换器所提供的冷量Qmax。采用电加热器对库房进行均匀加热至25℃以上时停止，自然降温至20℃时开始测量，通过温度传感器网测定6 min内保鲜库在制冷后的温度，可求得热交换器所提供的冷量Q，热交换器的热效率[11]ε=Q/Qmax。 试验的因素为风速A、水流量B、迎风面积C、有效换热管长D，各因素水平根据试验和计算结果确定为A=1～3 m/s、B=0.6～1 m3/h、C=6～12 dm2、D=10～14 m，试验采用Box-Behnken响应面设计法，进行4因素3水平试验，试验水平编码如表1所示。 2·试验分析及优化 2.1试验结果及分析 试验的结果如表2所示。 应用Design-Expert软件得出换热器换热效率的方差分析结果如表3所示。 由方差分析结果可知，风速、流量、换热面积和热管有效长度对换热器的换热效率都有正的影响，回归模型也显示了多项的交互作用，其中A、B、C、A2在α=0.1%时影响极显著，C、B2、D2、AB、BD、CD在α=0.05时显著，其余均不显著，二次回归方程为： 2.2热交换效率响应曲面分析 由图3可知C=12 dm2、D=9 m时，风速和流量对换热效率的交互影响效应可以看出，二者交互作用显著，随着风速的增加换热效率也在增加，影响比较显著，当风速与流量继续增大换热效率变化缓慢，因此在风速和流量交互作用中，对换热效率影响较大的是风速。 由图4可知A=2 m/s、D=9 m时，迎风面积和流量对换热效率的交互影响效应，可以看出随着换热面积的增加，换热效率呈先升后降趋势；随着水流量的增加，换热效率增加，当流量增加超过0.8 m3/h后，效率增加变缓慢，因此在面积与流量的交互作用中，流量对换热效率影响较大。 由图5可知A=2 m/s、B=0.8 m3/h时，面积和换热管长对换热效率的交互影响效应，换热管长和面积对换热效率影响比较显著，但当增加到一定数值后，换热器的换热效率达到最大，继续增加换热管长与面积，换热效率又趋于下降，但变化缓慢。 2.3优化 在试验结果分析及模型拟合的基础上，再利用Design-Expert软件进一步对参数进行优化，获得最佳的热交换效率，用上述回归模型预测出10组换热效率在84%以上的工艺参数，见表4。 由表4可以看出，回归模型预测优化出10组热交换器的换热效率达84%以上换热器参数的取值范围，分别是风速A为2.54～2.93 m/s，流量B为0.72～0.80 m3/h，迎风面积C为11.93～13.51 dm2，热管有效长度D为7.99～9.95 m。 3·试验参数验证 为了检验模型预测的准确性，在最佳范围内进行实验性的试验设计，在范围内找任意三组数据（2、6、8）做模型，测得换热器的热交换效率都在84.5%以上，并取其三次平均值，得出热交换器的换热效率为84.5127%，与理论预测值相比相对误差为0.96%，与理论预测值非常接近，进一步验证了数学模型的适合性。 4·结论 1）通过在实验室内模型试验，热交换器的换热效率在84%以上的较优组合方案为风速2.54～2.93 m/s，流量0.72～0.80 m3/h，迎风面积11.93～13.51 dm2，热管有效长度7.99～9.95 m。 2）试验表明影响热交换器换热效率的因子顺序依次为风速、换热管长、流量、面积。 3）研究表明风速的二次项对热交换的换热效率极显著；风速与水流量、水流量与换热管长、换热管长与迎风面积之间的交互对热交换的换热效率较显著，其余都不显著。通过试验，在条件允许的情况下，可以扩大风速因素水平的选择范围，同时进一步研究两因素之间的交互对换热器换热效率高低的影响。 [参考文献]略 |
| 上一篇：5mm管径百叶窗翅片流动与传热数值模拟 | 下一篇：添加隔热板对竖直U型地埋管换热器换热能力的影响 |