针翅换热管对气体水合物生长过程的强化.doc

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1、针翅换热管对气体水合物生长过程的强化论文作者：谢应明刘道平刘妮梁德青郭开华樊栓狮摘要：采用针翅换热管和光管分别对冰、THF气体水合物以及HCFC141b气体水合物的生长特性进行对比研究。针翅管对冰、THF气体水合物和HCFC141b气体水合物的生长过程均具有良好的强化作用，内外双翅式针翅管比外翅式针翅管可以更大幅度地强化生长过程。关键词：气体水合物针翅换热管R141b0绪言气体水合物是由某些气体（或易挥发液体）和水形成的包络状晶体[1]，其重要特点是可以在冰点以上结晶固化，又称“暖冰”，其一般的反应方程为：作为新一代蓄冷介质，气体

2、水合物克服了冰（蓄冷效率低）、水（蓄冷密度小）、共晶盐（换热效率低，易老化失效）等蓄冷介质的弱点：相变温度在4～15℃之间，适合常规空调冷水机组；熔解热约为270～464kJ／kg，蓄冷密度大（与冰相当）；易于采用直接接触式蓄、放冷系统，蓄冷和放冷过程的热传递效率高。其低压蓄冷系统的造价相对较低，因为被认为是一种比较理想的蓄冷方式[2]。不过，气体水合物蓄冷技术要想达到可以工程应用的要求，必须克服气体水合物诱导时间长、生长缓慢的缺点。针翅管（PinfinTube）是一种新型的三维强化管，瑞典、日本等将其应用于油冷却器和般用锅炉上，

3、我国很早就在青岛引进了瑞典制造技术，并已国产化，已经应用于电厂等，出口德国等地[3]。作者认为，针翅换热管所具有的独特表面特性（表面积大，表面粗糙）可能有利于冰或气体水合物的结晶，为此，作者特在本文中采用针翅换热管和光管分别对冰、THF气体水合物以及HCFC141气体水合物的生长特性进行对比研究。图1即是本实验中所采用的针翅管，由四川惊雷科技股份有限公司加工制造，针翅是直接在基管上炮制。1实验装置与实验程序具体的实验装置说明详见[4]，冰和THF气体水合物的生长过程实验程序详见[5]，HCFC141b气体水合物的生长过程详见[6]

4、。表1针翅强化管对冰的结晶-分解动力学特性的影响a6换热管过冷度(℃)诱导时间(min)生长速度(g/min)光管2.02401.5针翅管（外翅式）1.0103.0针翅管（内外双翅式）0.5104.1a反应器垂直放置，冷媒流向由上向下，冷媒温度为-5℃；b指整个生长过程的平均生长速度表2针翅强化管对THF气体水合物的结晶-分解动力学特性的影响a6换热管过冷度(℃)诱导时间(min)生长速度(g/min)光管3.8101.5针翅管（外翅式）4.4103.0针翅管（内外双翅式）3.6103.5a反应器垂直放置，冷媒流向由上向下，冷媒温

5、度为-5℃；b指整个生长过程的平均生长速度表3针翅强化管对HCFC141b气体水合物的结晶-分解动力学特性的影响a6换热管过冷度(℃)诱导时间(min)生长速度(g/min)光管6.43602.9针翅管（外翅式）6.41806.0针翅管（内外双翅式）6.0906.5a反应器垂直放置，冷媒流向由上向下，冷媒温度从0℃以1℃/1h的速率降低到-5℃，SDS浓度为0.03%；b指整个生长过程的平均生长速度2针翅换热管对冰和THF气体水合物生长过程的强化通过实验观察发现，针翅管外冰或THF气体水合物的生长形态和光管外的生长形态是一样的，也

6、是冰或THF气体水合物围绕换热管慢慢长厚，图像在此省略。针翅管对冰或THF气体水合物结晶动力学特性的影响如表1和表2所示。6分析表1可以发现，与光管相比，冰在针翅片外生长的过冷度、诱导时间均有很大的降低，而生长速率则提高了一倍。由此可见，针翅管对冰的生长过程的强化作用是非常显著的。相比较而言，内外双翅式针翅管比外翅式针翅管的强化作用要更为明显，所以作者认为针翅管应用于冰蓄冷技术是完全可行的。分析表2可以发现，与光管相比，THF气体水合物在针翅管外的过冷度、诱导时间并没有明显的变化，但生长速率却增大了一倍。由此可见，针翅管对THF气

7、体水合物生长过程的强化作用主要体现于增大了生长速率，而对过冷度和诱导时间的影响不大，作者认为原因在于THF气体水合物在光管外的过冷度和诱导时间本身就比较小，降低的空间有限。由于THF气体水合物在同等实验温度下的生长速率要比冰小，因此作者认为采用针翅管来加快THF气体水合物的生长速率是非常有实用价值的。对于针翅管本身来说，内外双翅式针翅管比外翅式针翅管可以更大幅度地加快生长速率。3针翅换热管对HCFC141b气体水合物生长过程的强化通过实验观察发现，针翅管外HCFC141b气体水合物的生长形态和光管外的生长形态是一样的，也是在表面自

8、由能的作用下沿着换热管向下渗透到液态HCFC141b中生长，具体见[6]。针翅管对HCFC141b气体水合物结晶动力学特性的影响如表3所示。分析表3可以发现，与光管相比，HCFC141b气体水合物在针翅管外的过冷度没有明显的变化，但诱导时间却有了明