外融式冰盘管取冷特性的实验研究

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1、外融式冰盘管取冷特性的实验研究Experimentofdischargingcharacteristicsofexternalmeltingice-on-coiltanks摘要　介绍了在我融冰式冰盘管实验台上所作的外融冰槽取冷特性实验研究，提示了影响外融冰槽热工特性的流量、进口水温、负荷强度、初始蓄冷量、取冷水流进出口方式等主要因素及其作用规律，评论了冰盘管蓄冷技术的发展和应用前景。关键词　外融式蓄冰槽冰盘管冰蓄冷实验研究Abstract　Presentsinvestigationintothemeltingprocessoftheexternalmelting

2、ice-on-coiltanktoclarifyitsthermalcharacteristicsonanexperimentset,revealsthemainfactorsincludingthefloperature,dischargingrate,initialchargedquantityandchilledentandapplicationprospectsofice-on-coilthermalstoragetechnology.Keyelticestoragetankice-on-coilicestorageexperimentalresearc

3、h0引言　　　　外融式蓄冰槽是一种重要的冰蓄冷型式，从制冰过程看属于静态制冰方式[1]。由于外融冰系统本身具有的可以长时间平衡地取出低温水的优点，近年来在国内外越来越多引起人们的重视，但是相对于内融冰而言，外融冰的研究还不够成熟，特别是在取冷特性方面。目前日本[2]、美国[3～5]等国家在外融冰开发及应用方面处于领先地位，我国一些大学和科研单位也做了许多工作[6～7]。外融冰作为一种关键技术，目前国际上一般不提供蓄冷、取冷性能曲线等基础性资料和研究成果，因此我们有必要进一步加强有关方面的研究工作。本文结合所进行的实验研究结果，就外融冰槽的取冷特性及其影响因素进行

4、分析和探讨。　　1实验原理与试验装置　　　　外融冰取冷过程是直接从已经完成蓄冰过程的冰槽内将冷水作为取冷介质输送到用户，冰是从冰柱外表面开始向内融化的。取冷系统是一个独立于蓄冷系统的环路，如图1所示。　　外融冰槽的取冷特性可以采用冰槽进出口温度、换热速率（单位时间内转移的热量）、总换热量（累计转移的热量）、取冷率（已取出的冷量占总冷量的百分比）、含冰率（槽内冰的体积或质量占冰水总体积或总质量的比例）、液面高度等参量及其随时间的变化状况进行描述[8，9]。　　本课题设计了蓄冷容量为6.33×105kJ钢制方形蛇管蓄冷槽，并在水槽上下各设置了一个布水器，实验台的温度

5、、流量等测点布置也在图1中示出，在冰槽进出口处有两个旁通相连结，需要时可以通过开关有关阀门来改变进出口水流方向。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1　外融冰取冷过程实验装置　　2实验结果及其分析　　　　由于外融冰的蓄冷过程和特性与内融冰是一致的，已有很多研究成果，因此本文将重点集中在两者的取冷特性研究方面，并为此进行了一系列的实验，对实验结果进行了整理、分析，得到了外融冰槽的热工特性，进而对影响外融冰取冷特性的因素进行了进一步的考察，着重揭示了取冷流量、冰槽进口温度、负荷强度、初始蓄冷量、取冷水流进出口方式等因素及其作用规律，对于另外一些影响因素，例

6、如冰槽结构尺寸、液体物性等等，暂时无法通过实验的方法进行详尽研究，将留待以后作进一步探讨。　　　　2．1典型外融冰柄的取冷特性　　现选取一个典型工况来说明外融冰基本的取冷特性。在编号为M22的取冷过程中，取冷流量G=63/h，取冷负荷强度q=35k30，M31，M32中，ti=12，11，10℃左右，G=3.63/h，均为下进上出取冷水流方式，无搅拌。其取冷进出口、取冷速率和取冷量曲线见图5。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5进口水温的影响　　　　比较各次实验的结果发现，随着ti的升高，t0也升高，但是升市高的幅度要远小于相应的t0的幅度，导致

7、取冷进出口温差升高，q随ti的升高而升高。从槽内冰水换热角度看，ti，t0均有升高，必然使槽内水流通道平均水温有所升高，从而冰水总换热量增加。　　同时，如果以t0=4℃作为取冷结束条件，则ti分别为12，11，10℃时的取冷率分别为：70%，72%，73%，即进口水温越低，可以取出更多的冷量，从而可以更充分地利用蓄冰装置的蓄冷能力，如果进口水温降低到7℃时更加明显。因此，在不考虑取冷负荷强度时，如果用户要求4℃低温冷源，并且在取冷过程中控制冰槽进口温度恒定时，选择进口水温较低时其设备容量利用率更高一些。　　2．2．4取冷负荷强度　　由于取冷负荷强度（或取冷速率）

8、与取冷流量和进出口温差之