换热器结构
换热器防腐
新闻动态
间接蒸发冷却用气-水雾化喷嘴特性实验研究点击：1929 日期：[ 2014-04-26 21:53:30 ] |
| 间接蒸发冷却用气-水雾化喷嘴特性实验研究 何叶从 邹国荣1,2 肖益民1 付祥钊1 钟星灿3 (1重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆 400045;2.西南科技大学,绵阳 621010;3.中铁二院集团有限责任公司,成都610000) 摘要：为了提高间接蒸发冷却器换热效率,提出了将气-水雾化喷嘴应用于间接蒸发冷却器改进换热器表面水膜的均匀性,实验研究了扇形两相(气-水)喷嘴在不同空气压力和水压下的特性,测出了不同压力时喷嘴雾化角和气水质量流量值,得出了其变化规律,确定出了最佳的喷雾气水压力比和雾化角等参数。 关键词：间接蒸发冷却;雾化特性;喷嘴;雾化角 中图分类号：TU83 文献标识码：A 文章编号：1006-7329(2008)06-0124-04 现有的间接蒸发冷却计算模型都是基于间接蒸发冷却器表面水膜完整、均匀的重要假设[1-12],但是,由于表面张力的作用,换热器表面形成的水膜远远谈不上完整、均匀,因此,换热器换热效率低[13]。 为了改善换热器表面水膜的均匀性,提高换热效率,黄翔[14]教授研究了改进布水器结构型式和包覆吸水性材料两种方式的布水效果、结果表明换热器表面润湿系数增大,提高换热器热质交换效率。朱冬生[15]教授实验研究了扭曲管和管外亲水处理的水膜分布情况,研究发现能获得较好的水膜分布。以上几种方法可以一定程度上改善换热器表面水膜均匀性,提高换热性能,但都不可避免要增加热阻,长期使用后形成的水垢必然影响包覆吸水性材料的性能,不能从根本上解决换热器表面水膜均匀性的问题,因此,本文提出将气-水雾化喷嘴运用于间接蒸发冷却技术,通过特殊的装置在换热器表面形成均匀水膜强化换热,实验研究喷嘴喷雾气水比、雾化角等重要参数,为气-水雾化喷嘴运用于间接蒸发冷却器提供基础数据。 1 实验系统 喷嘴雾化机理是利用高速气流使液膜产生分裂压缩空气与液体的速度差使气体和液体之间产生摩擦力和剪切力,液体在瞬间被撕裂成一条条细丝,在较细处很快断裂,形成微小雾滴。为保证雾化粒径均匀雾化角尽可能大,选取两流体内部混合式气水雾化扇形喷嘴进行研究,如图1所示: 将气-水雾化喷嘴应用于间接蒸发冷却的关键在于通过特殊装置将由气-水雾化喷嘴雾化的水均匀的喷至换热器表面,形成均匀水膜,喷嘴性能对换热器表面水膜状态有决定性的影响,它受喷雾压力、喷雾流量、雾化角、喷嘴口径等参数的影响,因此本文建立了如图2所示实验系统,测试扇形气-水雾化喷嘴性能。 实验用水作为喷雾液体介质,用水泵对水提升加压,提供所需的压力,用空气压缩机提供压缩空气作为气体介质。为了能够灵敏地调节喷雾介质流量,阀门均采用针型阀,采用转子流量计(LZB-10和LZB-25)和精密压力表(0.04级)分别测量喷雾水的压缩空气的流量及压力,采用700万相素数码相机连续拍摄雾化图片。 由于风速的影响,间接蒸发冷却用气水雾化喷嘴雾化粒径不宜太小,本文以水膜状态评价喷雾效果。因此,实验中在水压分别为0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa时调节压缩空气压力(0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa、0.3 MPa)进行测试,记录每组实验所测得的流量,并根据流量计使用手册修正,同时采用固定在喷雾扇形面水平垂直线上的数码相机连续拍下5张雾化图片,然后调整水压为0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa时重复上述实验,得出实验数据。 2 实验结果分析与讨论 2.1 最佳气水比 喷雾水膜分布最均匀时的气水比即为最佳气水比,本文通过对不同气水压力时测得的实验数据拟合,得到如图3所示气-水雾化喷嘴最佳气水质量比曲线,相应的典型雾化图及水膜状态如图4、5所示: 在图4、5中,a)、b)、c)分别为实验时最小气水压力比、中间比例的气水压力比和最大气水压力比时的雾化图。通过实验观察对比发现,当气水压力比较小时,喷嘴雾化效果较差,换热器表面形成水流;当气水压力比较大时,雾化效果很好,雾粒直径很小,但在换热器表面很难形成水膜;而在图2(b)相近的压力条件下喷嘴喷出的水雾不仅效果好,而且很均匀的附着在换热器表面。 如图3所示,气水压力比在1.5~2.0之间,气水质量比则为1.5~3.0,当喷嘴的实际喷雾效果最好时(喷嘴喷出的水雾能在换热器表面形成均匀的水膜),质量比过小很难形成均匀的水雾,而过大则又很难附着在换热器表面,因此可以认为压力比Pg/Pl=1.5~2.0及质量比为Mg/Ml=1.5~3.0时为该扇形喷嘴雾化的最佳气水比。 2.2 喷雾压力与雾化角的关系 3.2.1 雾化角和最佳雾化角 喷嘴的喷雾面积由喷嘴的雾化角决定,雾化角越大,喷雾面积越大,本文采用图像法近似求得雾化角,如图6所示,在喷嘴的出口作雾化边界的切线,两根切线的夹角即为雾化角(α),喷雾水在喷雾图上分布最均匀时的雾化角即为最佳雾化角。 3.2.2 最佳雾化角 利用图6所示的方法处理各组实验喷嘴雾化图像,求出雾化角平均值,得到该组气水压力比时的喷嘴出口雾化角,各实验工况的出口雾化角随喷雾气水压力变化如图7所示。 由图7可知,随着气水压力比增大,喷嘴雾化角先减小后增大,其原因在于空气压力增大到一定程度时,与水压作用达到一稳定平衡值,喷雾面上喷雾水分布最均匀,雾化角达到极小值,当空气压力继续增大时,破坏该平衡使雾化角增大,但雾化角边缘主要流体为空气,含水量极小,此时,喷雾水分布极为不均,由喷雾中心向外侧急剧减小,因此,图7中喷雾角极小值为最佳雾化角,在本文实验条件下,喷雾气水压力比在1.5~2.0范围内(即确定的最佳气水比范围)时所对应的实验扇形喷嘴出口雾化角最小,其角度约为131°,雾化气水比达到最佳区,喷雾效果最好,因此有效的喷雾面积最大。 3 结 论 通过对扇形气-水雾化喷嘴在不同气水压力比条件下进行实验,得出了最佳的喷雾气水压力比在1.5~2.0、质量流量比在1.5~3.0的范围之内,喷嘴喷雾效果最好,喷雾水在换热器表面形成均匀的水膜,在最佳气-水比区内喷嘴喷嘴有效喷雾面积最大,为将气-水雾化喷嘴运用于间接蒸发冷却技术及其他领域提供基础数据,在新型间接蒸发冷却器研究方面起到重要指导作用。 参考文献:略 |
| 上一篇：全热换热器应用于空调系统节能的研究进展 | 下一篇：工业制冷常用换热器 |