刮削式流化冰制冰设备的优化设计

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1、天津大学硕士学位论文刮削式流化冰制冰设备的优化设计Optimizationdesignofscrapedsurfaceslurryicemakingmachine学科专业：动力工程研究生：王泽普指导教师：王飞波教授李敏霞教授天津大学机械工程学院2017年12月摘要流化冰为冰晶微粒与溶液组成的两相混合物，具有可泵送性、良好的换热特性、较大潜热值等优点，是一种极具应用前景的载冷剂。本文从流化冰的特性以及其重要的应用领域出发，以流化冰的制冰设备为研究对象，运用CFD模拟仿真的方法对流化冰制冰中的刮削式换热器进行了模拟，并探索了提高换热器换热

2、效率的可行方法。本文首先介绍了刮削式换热器，将刮削式换热器进行简化，建立二维模拟的物理模型。对化工领域中常用的两种刮片进行模拟，理解刮片形状对流场影响的基本过程，总结规律并重新设计用于流化冰制冰中的刮片结构。对不同形状的刮片、不同的刮片与壁面接触角度的情况进行二维模拟，分析不同情况对刮削式换热器内的流动的影响。模拟分析表明采用新设计的刮片形状可以明显改善制冰溶液流过刮片后的流动情况，减小刮片对其后部流动的阻碍作用。在二维模拟的基础上选择性能较好的刮片，建立刮削式换热器的三维模型。三维模拟中分别采用了两种不同性质的制冰溶液，并且分别对比

3、了刮片与壁面接触角度不同时换热器内部的换热情况与刮片转速不同时换热器内部的温度分布情况，同时对比了刮片上是否有孔对流动与换热效果的影响。最后，本文对典型单蒸发器的流化冰制冰系统进行分析，发现其在制冰溶液降温阶段中与在制冰阶段中存在诸多不同之处，例如两个阶段制冰系统的蒸发温度不同、制冰溶液换热系数不同，因此提出了对单蒸发器制冰系统的优化，在原有制冰系统上增加一个换热器，对比了流化冰制冰机在单蒸发器与双蒸发器下不同制冰溶液流量条件下的制冰溶液的降温速度、蒸发冷凝温度以及制冰机的制冷系数，试验结果表明双蒸发器较单蒸发器而言可较大程度的提升系

4、统效率，减少制冰溶液预冷时间，由此可见采用双蒸发器可更好匹配流化冰制冰系统，使制冰系统在制冰全过程均保持较高效率。本文围绕流化冰制冰设备与刮削式换热器进行了分析与研究，运用了模拟分析与试验对比的方法，即优化了刮削式换热器刮片结构，又改善了制冰系统的配置，结果表明上述两种措施可以提升制冰系统的效率，改善刮削式换热器内的换热情况，取得了良好的结果。关键词：流化冰，刮削式换热器，刮片，计算流体力学，模拟，优化设计IABSTRACTSlurryiceiscomposedoficeparticlesandsolution,whichcanbet

5、ransportedbypumpandithasgoodheattransfercharacteristics.Slurryicecontainslargelatentheataswell.Withalloftheadvantages,slurryiceisconsideredasapromisingtechnology.Thispaperintroducedthecharacteristicsofslurryiceanditsimportantapplications.ThisarticleusedCFDsimulationtoan

6、alysisthescrapedsurfaceheatexchanger,thepurposewastoincreasetheheattransferefficiencyoftheheatexchanger.Firstly,thispaperintroducedthescrapedsurfaceheatexchanger,builtthephysicalmodeloftwo-dimensionalheatexchanger.Twokindsofscraperscommonlyusedinchemicalindustryweresimu

7、latedtounderstandthebasicprocessoftheinfluenceofscrapershapeontheconvectionfield,summarizedtherulesandredesignedthescraperstructureforslurryicemakingprocess.Two-dimensionalsimulationofdifferentshapeofscrapersanddifferentcontactanglesbetweenscraperandwallwascarriedout.Th

8、esimulationanalysisshowedthatthenewlydesignedscrapercansignificantlyimprovetheflowoficemakingsolutionafterscra