低温冷凝可视化实验装置设计.pdf

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1、2015年第1期低温工程NO．12015总第203期CRYOGENICSSumNO．203低温冷凝可视化实验装置设计张家源唐媛邱利民包士然张小斌(浙江大学制冷与低温研究所杭州310027)摘要：低温流体与常规室温流体冷凝存在显著差异，简述了国内外报道的主要低温冷凝实验装置，指出要准确描述翅片通道内冷凝及两相流动过程，必须借助先进的可视化手段。为解决空分装置中主冷凝蒸发换热器翅片通道内低温流体冷凝热阻大、换热效率低的难题，设计搭建了一套低温冷凝可视化实验装置，实验段采用带光窗的可拆密封设计，便于研究平壁表面及各种型号翅片通道内冷凝换热过程。经初步测试，该实验装置运行稳定，借助高速摄像机

2、可清楚地观察到氮冷凝两相流动的现象。关键词：空气分离低温冷凝可视化装置设计中图分类号：TB657文献标识码：A文章编号：1000—6516(2015)01O08—05DesignofvisualcryogeniccondensationexperimentaldeviceZhangJiayuanTangYuanQiuLiminBaoShiranZhangXiaobin(InstituteofRefrigerationandCryogenics，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Therearemanycrucialdis

3、tinctionsbetweencryogeniccondensationandroomtemperaturecondensation．Thispaperprovidesaworldwideoverviewofthemainexperimentaldevicesforcryogeniccon’densation．andfurtherdemonstratesthatadvancedvisualizationtoolsareneededinordertoaccuratelyde—scribetheprocessofcondensationandtwo．phaseflowinplate—f

4、inchannels．Aimedatloweringthermalre·sistanceandenhancingheatexchangeeficiencyforthemaincondenser—evaporatorinairseparationunit，asetofvisualizedexperimentaldeviceforcryogeniccondensationwasdesignedandestablished．Theexperi—mentalsectionwasdesignedofadetachablewindowpervioustolightandvacuumsealed，

5、whichwasare—markableconveniencetostudythecondensationonflatwallsurfaceorinvarioustypesofplate·finchannels．Theexperimentaldevicerunssteadilyonpreliminarytests．Thetwo—phaseflowphenomenonofnitrogendur—ingcondensationprocesscanbeclearlyobservedthroughahighspeedcamera．Thisdetailedvisualizationstudyc

6、anserveasafundamentalresearchfortheheattransfermechanismandheatexchangeenhancementofcryogeniccondensation．Keywords：airseparation；cryogeniccondensation；visualization；devicedesign大型化发展，目前世界最大的空分系统规模已达到引言113880Nm／h⋯，空分能耗问题变得日益突出。主大规模工业气体应用促进低温空气分离设备向冷凝蒸发换热器(简称主冷)是空分装置的关键设收稿日期：2014—1O一13；修订日期：2015-

7、01·10基金项目：国家基础研究计划973项目(No．2011CB706501)。作者简介：张家源，男，25岁，硕士研究生。第1期低温冷凝可视化实验装置设计9备，其结构和性能对空分装置的能耗及效率影响显水，差别一般不超过30％，这构成低温冷凝换热系数著。一般情况下，主冷换热温差每降0．5K，整套空小的次要原因。分装置能耗即下降2．46％，而温差的降低主要依(2)低温冷凝的传热强化更加困难。首先，冷凝靠对其内部流体流动与传热机理的深入研究和结构强化的主要方法