冷却作用（精选九篇）
冷却作用 篇1
笔者通过12组实验,研究不同的喷头出水压力下喷淋对自然排烟效率的影响,以期为自然排烟工程设计提供一定的指导。
1 自然排烟实验
1.1 实验装置
利用架设于中国科学技术大学PolyU/USTC大空间火灾实验厅中的水—烟耦合作用实验台进行实验研究。图1为实验台实物图。
实验台分成三个部分:燃烧区、喷淋区和蓄烟区。其中燃烧区是一个2.5 m(长)×1.22 m(宽)×2.2 m(高)的长方形小室,为了保证燃烧的稳定和充分,在燃烧小室三面的底部均留有0.4 m高的通风口。燃烧区小室与喷淋区相连部分敞开,开口尺寸为1.22 m(宽)×1.8 m(高)。燃料产生的烟气首先在燃烧区小室内聚集,然后通过开口进入到喷淋小室中。喷淋小室尺寸为4 m(长)×2 m(宽)×2.6 m(高),其通向蓄烟区的开口为2 m(宽)×2.2 m(高),喷淋小室通向蓄烟区的一侧挡烟板高度为0.4 m,使得实验时能在喷淋区形成厚度约为1.0 m的烟气层。蓄烟区尺寸为4.2 m(长)×4.2 m(宽)×4.2 m(高),蓄烟池下挡烟板的高度为1.2 m,自然排烟口位于蓄烟区的中央,尺寸大小为0.6 m×0.6 m。排烟口面积为地面面积的2%,符合规范规定。自然排烟口上部装有用以测量自然排烟速度的靶式流量计。
实验使用ZSTP-15标准普通型洒水喷头,喷口直径为12.7 mm,流量系数K=80,安装于喷淋区域顶部中央位置。实验中使用可调式减压阀对喷头工作压力进行控制,精度可达0.002 MPa。喷淋小室有两串K型热电偶,每串热电偶沿喷淋小室中心点对称布置,距端墙和侧墙的距离分别为1.0 m。每串热电偶有15只,热电偶之间的间距是0.15 m,最上端热电偶的高度为2.6 m。为了测得准确的烟气层温度,热电偶用倒“U”型的金属薄片保护。
火源放置在燃烧小室内稳定燃烧,火源功率不变,并通过小室开口将烟气引入到喷淋小室中。烟气在喷淋小室中受到冷却之后进入蓄烟池,并通过其顶部的自然排烟口排出。
1.2 测量自然排烟速度的靶式流量计
靶式流量计是为解决高粘度、低雷诺数流量(流速)测量而发展起来的一种流量计。图2为流量计实体照片。在流体流动方向上放置一个圆盘形或正矩形的阻流靶板。当流体流过靶板时,其正面所受的压力等于流体的全压,而背面由于形成“死水区”仅受到静压的影响,从而使靶前后形成压力差,这个压力差对靶面造成作用力,测出靶板受力,即可计算过靶板的流量(流速)。靶板受力经刚性连接的传递件(靶杆)传至电容力传感器,使其产生电压信号输出,此信号经前置放大后输出至数字积算仪进行流量计算并读数。李开源等人已成功地将其应用于自然排烟速度的测量中。
1.3 实验安排
实验中选取了3种不同尺寸的油盘,油盘的尺寸分别为0.5 m×0.5 m,0.6 m×0.6 m,0.7 m×0.7 m;喷头工作压力分别为0.0、0.1、0.15 MPa 和0.2 MPa,共进行了12组实验;实验所用的燃料为柴油;实验时,水喷淋的开启时间在烟气充满燃烧小室上部并开始进入喷淋小室之后;在实验过程中,火源放在燃烧小室地面的中央,其下设置钢筋支架以保护小室地面不受高温的破坏;每次实验持续时间约为400 s。
2 实验结果分析
实验中,由标尺测得蓄烟池中烟气层的稳定厚度为1.5 m。喷淋小室中两串热电偶的温度取平均值,可得到烟气平均温度随时间的变化。图3为三种不同的火源烟气温升随时间的变化,对烟气温升稳定段取时间平均,可得到不同实验工况下稳定段烟气平均温升,其值见表1。图4是各次实验自然排烟速度随时间变化曲线,对各次实验中自然排烟速度的稳定段取时间平均,可以得到各次实验的平均自然排烟速度。各次实验的平均自然排烟速度值见表1。
从图3可以看到,池火被点燃后很快稳定燃烧,温度稳定在一定范围之内。喷淋作用后,烟气层温度降低,如对于0.7 m×0.7 m油盘,无喷淋时烟气平均温升是41.2 ℃,当喷淋压力为0.1 MPa时,烟气平均温升是18.1 ℃,降低56%;但是随着喷淋压力增大,降温幅度不大。对0.7 m×0.7 m油盘,喷淋压力为0.15 MPa时,烟气平均温升是15.3 ℃,与0.1 MPa时的烟气温度相比,下降16%。烟气温度降低之后,浮力减小,自然排烟速度受到较大影响。图4是不同工况下自然排烟速度随时间的变化,由于油池火有一定时间的稳定燃烧,所以自然排烟速度在一定时间内存在着稳定值。从图中可以看到,随着喷淋压力的增大,自然排烟速度变小。但在几种不同的喷淋压力下,自然排烟速度相差较小,如对于0.5 m×0.5 m油盘,当喷淋压力为0.15 MPa时,自然排烟速度为0.39 m/s,当喷淋压力为0.2 MPa时,自然排烟速度为0.32 m/s,相差仅18%;图5是不同工况下自然排烟速度随喷淋压力的变化,从图中可见,喷头出水压力对自然排烟速度影响较大,压力越大,自然排烟速度越低,如对于0.7 m×0.7 m油盘,无喷淋时,自然排烟的速度为1 m/s;当喷淋压力为0.2 MPa时,自然排烟速度为0.56 m/s,降低44%。从表1可以看到,对Test3,自然排烟速度减小可达60%。在排烟口相同的情况下,排烟速度降低,排烟量下降,会造成较大的烟气危害。
3 结 论
通过实验,研究了喷淋冷却对自然排烟的影响。在实验中,火源功率保持恒定,烟气在喷淋小室中被冷却,而后在蓄烟池中测量了自然排烟速度的变化。结果表明,喷淋启动后,烟气层温度下降幅度较大。烟气的冷却作用对自然排烟速度有较大影响,如对于0.7 m×0.7 m油盘,无喷淋时的自然排烟速度与喷淋压力为0.2 MPa时的自然排烟速度比较,降低44%。在所做实验中,排烟速度最大降幅为无喷淋工况的60%。因此,在有喷淋的建筑中进行自然排烟设计时,应该考虑到由于喷淋冷却作用引起的自然排烟效率减小。
参考文献
[1]杜红.防排烟工程[M].北京:中国人民公安大学出版社,2003.
[2]GB50016-2006.建筑设计防火规范[S].
[3]GB50045-2005.高层民用建筑设计防火规范[S].
[4]Mawhinney J R,and G T.Tamura.1994.Effect of automatic sprinkler protection on smoke control systems.ASHRAE Transactions100(1).
[5]李开源,胡隆华,李元洲,等.靶式流量计在火灾烟气流速测量中的应用[J].火灾科学,2007,16(4):201-207.
冷却作用 篇2
1、汽油供给装置由哪些组成？
2、汽油喷射系统由哪些元件组成？
二、导入新课
上节课我们学习汽油机燃油供给系统，今天我们继续学习发动机冷却系统。
三、讲授新课
8.1冷却系统的功用及组成
（一）冷却系统的功用
是使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围内。冷却系统既要防止发动机过热，也要防止冬季发动机过冷。在冷态下的发动机起动之后，冷却系统还要保证发动机迅速升温，尽快达到正常的工作温度。
（二）冷却系统的分类
发动机的冷却系统有风冷与水冷之分。以空气为冷却介质的冷却系统称风冷系统，以冷却液为冷却介质的称水冷系统。汽车发动机，尤其是轿车发动机大都采用水冷系统，只有少数汽车发动机采用风冷系统。
（三）冷却系的组成
汽车发动机的冷却系统为强制循环水冷系统，即利用水泵提高冷却液的压力，强制冷却 液在发动机中循环流动。强制循环水冷系统由水泵、散热器、冷却风扇、节温器、补偿水 桶、发动机机体和气缸盖中的水套以及其他附属装置等组成。
8.2 冷却液
（一）冷却液的作用
1、为了适应冬季行车的需要，在水中加入防冻剂制成冷却液，以防止循环冷却水冻结。
2、防冻剂有防止冷却液过早沸腾的附加作用。
（二）冷却液的成分
1、最常用的防冻剂是乙二醇。冷却液中水与乙二醇的比例不同，其冰点也不同。
2、在水中加人防冻剂还同时提高了冷却液的沸点。
3、防冻剂中通常含有防锈剂和泡沫抑制剂。防锈剂可延缓或阻止发动机水套壁及散热器的锈蚀或腐蚀。冷却液中的空气在水泵叶轮的搅动下会产生很多泡沫，这些泡沫将妨碍水套壁的散热。泡沫抑制剂能有效地抑制泡沫的产生。在使用过程中，防锈剂和泡沫抑制剂会逐渐消耗殆尽，因此，定期更换冷却液是十分必要的。
4、在防冻剂中，一般还要加入着色剂，使冷却液呈蓝绿色或黄色，以便识别。
8.3 散热器
（一）散热器的作用
发动机水冷系统中的散热器由进水室、出水室及散热器芯等三部分构成。冷却液在散热器芯内流动，空气在散热器芯外通过。热的冷却液由于向空气散热而变冷，冷空气则因为吸收冷却液散出的热量而升温，所以散热器是一个热交换器。
（二）散热器的分类
1、按照散热器中冷却液流动的方向，可将散热器分为纵流式和横流式两种。
纵流式散热器芯竖直布置，上接进水室，下连出水室，冷却液由进水室自上而下地流过散热器芯进入出水室。横流式散热器芯横向布置，左右两端分别为进、出水室，冷却液自进水室经散热器芯到出水室横向流过散热器。
2、散热器芯结构形式分类。
（1）管片式散热器芯由散热管和散热片组成。
（2）管带式散热器芯由散热管及波形散热带组成。
（3）板式散热器芯的冷却液通道由成对的金属薄板焊合而成。
（三）散热器盖
1、闭式水冷系统可使系统内的压力提高98～1 96 kPa，冷却液的沸点相应地提高到 1 20℃左右，从而扩大了散热器与周围空气的温差，提高了散热器的换热效率。由于散热器 散热能力的增强，可以相应地减小散热器尺寸。
2、闭式水冷系统可减少冷却液外溢及蒸发损失。
散热器盖的作用是密封水冷系统并调节系统的工作压力。当把散热器盖盖在散热器加冷 却液口上并锁紧时，散热器盖的上密封衬垫在压力阀弹簧的作用下与加冷却液口的上密封面贴紧，散热器盖的下密封衬垫与加冷却液口的下密封面贴紧，这时水冷系统被封闭。
（四）补偿水桶
补偿水桶由塑料制造并用软管与散热器加冷却液口上的溢流管连接。其作用当冷却液受热膨胀时，部分冷却液流人补偿水桶；而当冷却液降温时，部分冷却液又被吸回散热器，所以冷却液不会溢失。
四、课堂小结
（一）冷却系统的功用、分类、组成
（二）、冷却液的作用、成分
（三）、散热器的作用、分类
（四）散热器盖
（五）补偿水桶
冷却作用 篇3
评价一台熟料冷却机优劣, 主要强调高温段的急骤冷却功能。如1300～1350℃的高温熟料能在极短时间内急骤冷却, 那熟料中的小晶体就无法发育成熟, 并发生晶体裂纹。这样就会对熟料的易磨性大为提高, 水泥的早期强度等品质可更优秀。
冷却效率取决于气固两相的温度梯差值。在高温段充分气固两相强制交换后, 二次、三次风气体温度大幅提高, 反过来为窑内和分解炉内输送了大量的高温气体, 使窑内环境温度和分解炉内环境温度更高, 形成冷却→高效强制气固交换→向炉窑提供高温气体的良性循环互动。
2 熟料冷却机对分解炉的影响
分解炉内没有明火, 是暗火燃烧。炉内环境温度决定了燃烧的强度。环境温度越高, 煤粉燃速越快, 煤粉燃尽率越高, 温度越高, 空气密度越稀, 阻力越小, 物料分解率越高。所以冷却机是分解炉的燃烧动力源。冷却机向分解炉提供的三次风温度越高, 煤粉起燃越快, 燃尽时间越短, 分解炉始终处于良性高效状态, 分解率越高, 产量就越大, 单位能耗越低。
冷却机向分解炉提供的三次风温和分解炉效率之间是一个指数曲线的关系, 但不是一般的线性关系, 见图1。
3 冷却机不同区域的降温情况
熟料从窑口下来的温度设定为1300℃, 冷却机不同区域的降温情况见表1。
正常运转的冷却机:其产量, 二次入窑风温度, 三次入分解炉风温度, 余热发电用气温度, 烘煤风温度, 熟料冷却温度, 余风量及温度, 机器运转率, 都要同等考量。过分强调某一指数, 而忽视其它指数是不科学的。
4 冷却机的工作效率
第三代控制气流冷却机很难适应粉料增加, 燃料热值变低, 有害杂质含量波动大等不利情况的发生。由于熟料中细粉的增加, 造成高阻力篦板和熟料沿程阻力增加, 同时粗细物料的离析作用增强, 从而造成高阻力篦板的抑制作用降低, 这时会发生再次吹穿现象, 红河发生而造成二次风温度和三次风温度降低。通常设计者对单位熟料耗风量缺乏信心, 加大供风量以防万一。用风量均在2.4～2.8m3/kg熟料之间, 最终使冷却机热交换效率≤80%。
第四代交叉推动棒和模块化的冷却机, 由于熟料层在篦床上受到交叉棒的反复推动, 起到物料均化的作用, 使第三代冷却机中冷风通过粗料层的风速和通过细料层的风速比值由1.75降为1.0。
均化作用的结果是阻力差趋于平均值了。这样用风量就更小, 一般配风均在1.9～2.0m3/kg熟料, 比三代机少用1/3的风量。由于阻力差趋于平均值就不可能发生红河现象, 由于阻力差趋于平均值, 所以第四代机并不过分强调料层的厚度指标。
由于第四代机器的熟料层, 是受棒推动翻滚着前进的, 均化作用明显 (仅限于推动棒形式的) 。所以它用风量少, 热交换效率高 (≥88%) 。所以其三次风温度和余热发电 (AQC) 气温度均高出一般的冷却机。
5 熟料冷却机的应用实例
(1) 淮北矿业集团公司熟料冷却机应用情况 (南京院版) 。淮北矿业日产量为5500t/d的熟料冷却机热平衡表 (抽中间风) 见表2。
(2) 浙江新都2500t/d熟料冷却机的应用情况见表3 (江苏瑞泰第四代冷却机, 南京工业大学测试中心) 。
从表3可以看出南京院熟料配风2.23m3/kg。三次风温度只有850℃, 用于余热发电 (AQC) 温度为360℃。而新都冷却机配风1.74m3/kg, 三次风温度为950℃, 余热发电 (AQC) 温度为502℃。南京院篦冷机配风为瑞泰重工篦冷机配风的128.2%。
(3) 国内典型篦冷机主要技术参数比较见表4。
从表4中看出, 浙江新都厂和四川佛光厂单位熟料实际冷却空气分别为1.75m3/kgcl和1.89m3/kgcl, 而采用三代冷却机的天津院和南京院其单位熟料实际冷却空气在2.3～2.7m3/kgcl。三次风温度均≤900℃, 而新都厂和佛光厂为950℃和940℃。
6 冷却机对余热发电的作用
第三代冷却机 (含步进式四代机) 和交叉棒第四代冷却机关键参数差值见表5。
现在水泥熟料生产线余热发电, 一般均采用二级发电。废气 (AQC) 温度≤320℃的主要用于水循环预热用途。≥320℃的废气直接送到燃气室 (补燃室) 推动燃气机发电。所以这种模式要求余热发电的废气温度高且稳定好。如果篦冷机配风量过大 (余风量m3/kgcl) , 热交换效率就差一些, 废气量大且温度值波动范围大, 不稳定, 不利于余热发电。最关键是冷却机要向余热发电锅炉提供稳定的高温废气。如果冷却机本身配风量过大, 就不能提供稳定且高温的废气。
7 结论
加热和冷却教案 篇4
教学目标：
1、认识到加热和冷却会改变物体的体积。
2、知道空气、水具有热胀冷缩的性质。
3、了解热胀冷缩在生活中的应用。
教学重难点：
重点：认识到加热和冷却会导致物体的体积发生变化。难点：设计水的热胀冷缩实验。
教学准备：
托盘、保鲜盒、量杯、带胶塞的小药瓶、热水、红墨水、细塑料管、湿抹布、气球、锥形瓶、课件。
教学过程：
一、实验导入
1．谈话：老师最近发现了一个有趣的现象，想不想看一看？那我们来做一做。请同学们把小药瓶丢到保鲜盒里，过一会儿现象就会出现。2．实验一：把小药瓶放进热水里观察现象。
3．学生汇报观察到的现象（找3-4个小组汇报实验现象）（注意提醒学生描述准确，瓶盖是被冲开的，被弹出去的）。
4．谈话提问：你们看到的是不是这样的场景？视频回放：瓶盖喷出的情景。刚才速度太快了，我们再来看一遍慢动作，请同学们边看边思考，你认为是什么力量把小瓶盖冲开的？
5．学生交流各自的猜测（热空气把瓶塞冲开了）。预设一：热空气把瓶塞冲开了。
师：说的很有道理，热空气在瓶子里面还是外面？瓶子里面原来有热空气吗？怎么变成的热空气？
预设二：热空气上升把瓶塞冲开了。师：我们的小瓶子是怎么放的？（横放的）热空气上升往哪升？（上面）小瓶子的盖子是往哪个方向开的？（横着的）是热空气上升的原因吗？（不是）预设三：热胀冷缩。
师：你可真厉害，都知道热胀冷缩这个科学名词，你能不能给大家解释下？（板书：热胀冷缩）他说的清楚吗？今天我们就来学习什么是热胀冷缩。预设四：水蒸气。
师：水蒸气是热水形成的，小瓶子里有没有热水？（没有）所以它没有大量的水蒸气，不足以冲开瓶盖。
6．讲述：你们刚才的说的很好，但是热空气哪来的力量冲开小瓶盖？今天我们就通过实验来研究它。
二、认识加热和冷却对气体体积的影响
1．教师出示实验器材：这是一个锥形瓶，瓶口套了一个气球，老师来考考大家，锥形瓶里面有没有东西啊？（有）是什么啊？（空气）很好，有多少空气？（锥形瓶里装了满满的空气）瓶里的空气能自由进出吗？（不能）为什么？（气球把瓶口密封了）
2．教师边讲解边演示实验方法过程：我们把瓶子垂直的放在开水里烫一烫，手要扶住瓶子套气球的地方，仔细观察有什么现象发生。友情提醒：热水烫手，注意安全。
3．实验二：学生分组完成实验，教师巡视。（放轻音乐，看到各小组现象基本出现后，请学生把锥形瓶拿出来放到桌上，音乐暂停）
4．交流实验现象。提问：你们刚才看到了什么现象？（请3-4个小组汇报）（气球鼓起来了，最后站起来了）我们来原像重现一下（播放视频）是不是这样？ 5．分析：原来气球是什么样的？（瘪的）气球里的空气是从哪里来的？（瓶子里跑进去的）哦，我们的空气变多了，是吗？那变多的空气从哪里来？对，我们的瓶口是密封的，外面的空气进不来，里面的空气也出不去，那么让气球鼓起来的空气到底哪来的呢？
6．解释：下面请你看一段动画，你看了后能不能再解释一下，播放空气热胀冷缩动画。（瓶子里空气原来是瘦瘦的，被热水加热后变胖了，体积变大了，待不住了，想往外跑，没地方跑，只能往唯一的缺口处气球里跑，这个叫热胀，遇热以后空气的体积会变大，我们把这种现象叫热胀）（板书：加热——>体积变大）7．提问：现在请同学们再观察，气球怎么样了？（瘪下去了）气球里的空气到哪了？（到瓶子里了）空气变少了？（没有）瓶子拿出来后，温度比在热水里的高还是低？（低）说明空气受冷了，变瘦了，体积变小了，这叫冷缩，所以气球又瘪了。（板书：受冷——>体积变小）我们再来原像重现下，播放视频。8．讲述：刚才我们通过实验，认识了空气在遇热情况下体积会变大，在受冷情况下体积会变小，这种现象我们称为热胀冷缩。（板书：热胀冷缩）9．提问：你现在能解释小药瓶瓶盖被冲开的现象吗？
10．解释： 瓶子中的空气是被封闭住的，它遇热之后体积会变大，大了之后没地方跑，只能从最薄弱的瓶口处一冲而出，所以把瓶塞给冲出来了。
11．讲述：空气热胀冷缩是我们生活中一种常见的现象，（播放课件)，你们见过这样的乒乓球吗？怎么把它变圆？夏天自行车打气能不能打的很足？
三、设计加热和冷却对液体体积的影响实验
1．谈话：刚才我们研究了空气的热胀冷缩性质，除了空气，水也是我们日常生活中常见的物品，那么你们认为水有热胀冷缩的性质呢？ 2．学生猜测，有或没有。
3．那么如何来验证我们的猜测呢？（做实验）你们准备怎么做实验？你们可以借鉴做气体的实验思路去想一想怎么做实验，老师有些小提示：（出示课件）（1）水要不要装进容器中？（2）水要不要密封起来？（3）怎么观察水的体积有没有变化？（4）水怎么加热？怎么冷却？ 4．小组交流讨论，设计实验。
5．小组汇报实验方案，教师加以点评。（你们是如何设计实验的？哪位同学来告诉老师。）
预设1：学生设计出液体的实验。
师：想法真不错，我们今天就来试试这种办法。（教师讲述实验方法：我们在小玻璃瓶内装满水，为了便于观察，我们把水染成红色，用中间插有细塑料管的胶塞塞紧瓶口，先用笔画下细管里水面的位置（出示课件中的实验步骤）。预设2：学生设计不出实验。师：今天老师给每个小组准备了一个小玻璃瓶和一根细吸管，再给你一分钟时间想想应该怎么做？（学生思考讨论）
预设3：学生设计锥形瓶里装满水，上面套个气球实验。
师：同学们设计的很好，但是气球太大了，如果水体积发生微小变化进入不了气球怎么办？我们把气球换成插有细塑料管的橡胶塞，锥形瓶换成小玻璃瓶，这样就可以观察水的体积变化了。
6．实验三：学生实验，教师巡视指导。（实验时播放轻音乐，音乐停，大家就停止实验。）
7．提问：说说在实验中，你们观察到了哪些现象？ 8．学生汇报实验结果。
（1）我们发现玻璃瓶放入热水中后，塑料管里的水位上升了，玻璃瓶放入冷水中后，塑料管里的水位下降了。
（2）塑料管内的水位上升，说明水发生了什么变化？（水的体积变大了）是不是玻璃瓶里的水突然增多了？（不是，因为玻璃瓶是密封的，没有往里面加水。塑料管内水位上升，只能是因为水的体积变大了。）塑料管内水面下降，说明水发生了什么变化？（说明水的体积变小了。）
（3）玻璃瓶里的水在什么条件下体积变大（加热），在什么条件下体积变小（冷却）？
9．小结：通过以上实验，发现水也遇热体积变大、受冷体积变小，说明水也有热胀冷缩的性质。
四、探究
1．讲述：今天我们学习的是自然界中空气和水在加热和冷却情况下体积发生变化的例子，自然界中还有很多物质，那么铜球在加热和冷却情况下体积会发生变化吗？（会与不会）我们下节课继续研究。板书：
空气
水
体积
加热→变大
热胀冷缩
冷却作用 篇5
1 茶叶加工冷却系统的发展历程
1.1 人工模拟时代
在20世纪90年代初及其以前,当时的茶叶加工冷却系统刚刚发展没多久,相关技术不够成熟,大多采用模拟设备对制冷设备数据信息进行模拟提取,称为模拟制冷设备信号时代,即第一代茶叶冷却系统时代。但是由于制冷设备信息是通过电缆的形式进行传输,传输距离有限,而且在有线传输时模拟制冷设备系统无法联网,只能以节点对节点的形式连接现场,导致铺线过程所耗费的财力巨大,因而此种茶叶冷却系统的拓展性较差。
1.2 半智能时代
20世纪90年代中期,制冷设备多媒体技术逐渐得到了区域性广泛的应用与发展,制冷设备技术有了一次质的飞跃,制冷设备采集与显示技术由原本灰度化色调逐渐演变成了富有色彩的制冷设备。与此同时计算机技术发展得到了提高,在制冷设备采集以及处理过程中计算机的数据处理能力得到了充分的发挥,计算机显示器的高分辨率对画面的高质量显示提供了基础。这种主要是基于计算机的茶叶冷却系统,即半智能时代。由于受到但是制冷设备技术和制冷设备压缩相关技术的局限性,导致无法组建覆盖面积较大的制冷设备系统,使其应用推广受到了一定的滞后。
1.3 智能时代
20世纪90年代末,制冷设备信息处理技术的不断革新,以及制冷设备压缩技术的不断进步,同时制冷设备技术不断发展和计算机存储容量数据的处理速度的不断提升,促进了茶叶冷却系统进入一个全新的智能化时代。全智能茶叶冷却系统主要依托于制冷设备技术实现数据的实时传输,同时兼具对激光冷却数据的压缩处理存储等功能,并融入了制冷设备信息的行为分析结合异常处理,最终实现一个全智能化的茶叶冷却系统,是制冷设备技术的一次革新。如今发达的网路技术,使跨区域、跨国际的传输制冷设备成为了可能,因此其发展和应用得到了大力的推进。
2 茶叶加工冷却中的温度采集设计
2.1 室内温度检测方法
茶叶加工冷却中的室内环境拥有很多的危害茶叶质量的有害细菌以及一些污染物,而室内检测主要是针对室内温度的检测。室内温度检测的方法有许多种,本文只是介绍其中的主要的三种方法,在这三种方法中选择一种最好的解决方法作为本课题的使用方法。这三种方法如下:
温度耗氧量法:这种方法是十分可靠的,也就是利用了室内的一些有机物氧化的特点来进行测量的,具体的检测方法就是采集一定量的温度,然后对其进行氧化测试,看这些温度的耗氧量有多少,最后通过得到的数据来推测室内温度。
化学分析方法:这种方法是比较繁杂的,就是使用了不同的温度可以用化学反应来区分的特点。在室内采集一定量的温度,对这些带温气体做化学实验,将会得到各种气体温度的实验数据,通过这些数据我们就可以分析每种气体在室内的温度。
传感器检测法:这种检测方法是最方便的,也是十分有效的。就是选择市面上已经有的各种温度传感器,对温度可以直接感应测量,将得到的数据传送到处理器中处理,转换成浓度方式显示。温度传感器的类型有四种:电阻型、电感型、电化学型和电容型这四种。
对以上三种检测方法的对比分析,本课题选用了传感器的检测方法,这种方法简单易用,同时其检测的数据也是十分有效的,相对于其它两种方法,方便了太多,也给广大的用户提供了可行性的检测方法。
2.2 传感器的选用及其简介
本课题中主要以检测室内空气温度为目标,所以选用相关实用合理的温度传感器。温度传感器拥有许多的品种,有电化学型、电阻型、电容型以及电感型这四种类型。本课题中温度传感器采用的是电化学式传感器。其检测原理是:在室内环境下,当温度接触传感器后,会与传感器里面的溶液发生化学反应,从而产生电压信号,将电压信号经过转换后就可以得到室内相应的温度浓度。这种类型的传感器测量操作十分简单,而且体积小巧,精度也不错,方便组合安装,因此,在室内的温度检测应用中相当普遍。本课题选用MS1100-P111传感器模块。
MS1100-P111传感器模块是一个集成的采集模块,采集的信号可以直接得到输出,这个模块使用了MS1100探头作为传感器的核心探头;它具有极其优良的稳定性和十分良好的灵敏度,可测量精度精确到了0.1ppm,相对于普通应用来说,这个精度已经够用户使用了,如果是在一些要求精度相当高的情况下,就需要采用更高精度的温度传感器了;此传感器不但价格便宜,而且整体体积是非常小巧的,非常有利于减小整个系统的整体占用体积;最后这个传感器还是十分利于用户监测室内的环境质量的。
3 茶叶加工的冷却技术及设备分析
3.1 国外茶叶加工冷却系统设计
Interscan科技公司生产的激光冷却-4000系列单温度分析仪:其特点是采用专利技术的高精度电化学传感器,响应时间短,连续泵吸式采样,体积小、重量轻,操作简单、易携带。
Z-300茶叶加工冷却系统:此公司生产的冷却系统具有不同的工作方式,第一种是单点测试模式,第二种就是连续测试模式。单点测试模式就是只能一个点一个点地测量,不能设置时间连续性工作;连续测试模式就是可以在一定的时间段里的任意时刻,显示器都可以隔一段时间就显示一次数据,这个时间可以设置,一般是10秒更新一次,如果时间段结束了,那么这个测试也就停止。这个冷却系统使用了公司专门开发的过滤器技术,可以排除一些其它的温度对茶叶冷却温度的测量影响,使得茶叶冷却浓度的测量结果准确度高,而且还有良好的可靠性。
英国PPM公司生产的PPM-400茶叶加工冷却系统:PPM-400茶叶加工冷却系统具有许多独特的优点。此冷却系统可以方便携带,可以拿在手上直接使用,而且应用起来十分简单,是一款测试茶叶冷却的好仪器。它的特点有:此仪器的内部采用的是电化学温度传感器进行泵吸式采集温度,仪器的反应速度十分快捷,而且整体结构是非常紧密的;还可以使用两种单位量来显示测得的数据,即ppm和mg/m3这两种衡量单位;此仪器的精确度非常高,可以达到0.001mg/m3这个数量级;同时此仪器还可以对湿度进行补偿。
3.2 国内茶叶加工冷却系统设计
“甲保御”牌激光冷却茶叶加工冷却系统:该冷却系统应用了非常先进的电化学传感器以及一流的运放芯片,使得可以精确采集和分析数据;该冷却系统有一个非常方便的功能应用,就是可以实时地得到连续的电信号,就是直接将茶叶冷却的质量浓度转化而来,然后微处理器可以直接处理这些电信号,然后将分析的结果通过LCD显示出来。该冷却系统突破了以前冷却复杂、价格昂贵的限制,使得产品既便宜又适用,该产品可以成天不间断地进行实时冷却,其操作也是非常简单的。
全自动激光冷却茶叶质量冷却、氨测定仪:此种类型的冷却系统可以对许多种物质产生的茶叶冷却以及氨污染物进行现场冷却,在众多场所都可以实时使用,其特点有:使用国家标准冷却方法,茶叶冷却使用酚试剂法,而氨则使用纳氏试剂法;该仪器的冷却速度说不上快,但是也不是那么慢,冷却过程需要10-15分钟;该冷却系统配备了大屏幕液晶来显示测试结果,仪器内部是使用单片机智能控制操作的,具有比较良好的人机交互界面,同时该冷却系统还具有非常优秀的数据统计处理功能,而且得到的测试数据还可以实时保存和记录。
激光冷却茶叶加工冷却系统SKY2000-CH2O:该冷却系统在价格上来说,具有非常大的优势,它是国内性价比最高的一款仪器设备,具有非常强大的竞争力;使用时可以明显知道,该冷却系统冷却茶叶冷却浓度的速度是非常快的,它所使用的温度传感器反应十分灵敏,而且可以长时间使用;该冷却系统在显示方面,使用的是点阵显示技术,支持两种语言操作界面,中文和英文;该冷却系统还具有报警的功能,采用的是声光报警技术,由于茶叶冷却的特性,报警的阀值可以根据需要自主设置;还有就是该冷却系统还可以存储冷却到的数据,还能保持最大的冷却效果值。
4 结语
激光冷却集成了成熟的开发工具套件,健全的内部软件,高速的中央处理器和丰富的第三方服务支持,使其应用开发的周期得到明显的缩短,同时提高了开发的便捷性,从而激光冷却方面开发得到了广泛的推广与应用。在整个过程中制冷设备目标的检测是关键性的一步,由于制冷设备受外景诸多因素的影响,导致制冷设备节点极其不够稳定,使得运动检测的难度加大。茶叶冷却系统前端直接连接激光冷却服务器,在芯片采集完成之后,直接对采集后的制冷设备序列进行处理,然后通过WLAN/LAN传输到制冷设备中心或者后台的客户端上面显示,很好地满足了茶叶加工冷却技术的相关要求。
摘要：激光冷却是利用激光技术对制冷设备前端采集过来的制冷设备序列进行自动的分析与处理。如今也广泛应用到了茶叶冷却领域中,并逐渐综合了嵌入式技术、制冷设备信息处理技术和无线通信技术等,随着这些技术的发展,茶叶冷却技术也有了广阔的应用空间,本文结合激光冷却技术,对该技术在现阶段我国茶叶冷却领域的应用做出相关研究。
关键词：激光冷却,茶叶加工,冷却技术,设备
参考文献
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[3]隋继学,聂书奎,陈钢,郭明涛.专家系统在食品速冻机上的应用[J].粮油加工与食品机械.2003(10):88-89.
冷却作用 篇6
蒸发冷却器是利用热湿交换原理进行直接蒸发冷却降温的节能产品。蒸发冷却器使用循环水进行直接蒸发冷却降温, 与大型空调机组配套使用;是针对干热、温差较大及缺水地区而设计的, 主要用于核电、火力发电企业的设备降温。蒸发冷却器夏季用于室内降温, 可起到既节能又降低运行费用的目的。本文以三门核电一期工程蒸发式空气冷却机组JDK55蒸发冷却器为例, 介绍蒸发冷却器的设计方案, 包括设计计算、产品特点和日常维护等。
2 蒸发冷却器计算
2.1 设计工况
JDK55蒸发式空气冷却机组:风量55000m3/h;蒸发冷却器进口干球温度32℃, 相对湿度68%;蒸发冷却器出口干球温度27.5℃, 相对湿度92.5%;要求蒸发冷却器饱和效率η>90%。
2.2 理论计算
(1) 加湿量计算 (见图1) :查焓湿图:t1=32℃, d1=20.47g/kg·干空气, h1=84.73kJ/kg·干空气, t2=27.5℃, d2=21.55g/kg·干空气, h2=82.76kJ/kg·干空气, tmax=27℃, dmax=22.62g/kg·干空气。
含湿量=d2-d1=21.55-20.47=1.08g/kg·干空气
则JDK55蒸发式空气冷却机组加湿量=55000×1.2×1.08/1000=71.28kg/h
(3) 冷量:△h=h1-h2=84.73-82.76=1.97kJ/kg·干空气
则JDK55蒸发式空气冷却机组冷量=55000×1.2×1.97/3600=36.12kW
1.循环水泵 (双) 2.PLC变频电控箱3.温湿度外控信号4.智能电子除垢自清洗水过滤器5.喷雾系统流量调节阀6.喷雾系统7.湿膜系统8.进水阀9.进水过滤器10.快速补水电磁阀11.补水浮球开关12.溢水口13.地漏14.排水电磁阀/泵15.液位差控制器16.过滤网17.电导率检测装置18.水泵液保护开关19.水泵流量调节阀装置20.水温检测装置21.流量开关22.压力表
(4) 补充水量:上述设计工况需要用减焓加湿降温方式, 即采用进排水混合降水温的方式, 可根据水温值来自动调控:排水电磁阀或排水泵, 来保证降温要求。
为维持降温所需的水温, 必须定时排走一部分水。假设给水温度20℃, 进风温度32℃, 每小时应排走水箱内定量的水约300～500kg/h。
补充水量=加湿量+排水量
则JDK55蒸发式空气冷却机组补充水量=71.28+300=371.28kg/h
2.3 降温焓湿图 (如图1)
这里t1-t3-t4-t2′围成的区域为等焓加湿区域。
进口干球温度32℃, 相对湿度40%～68%
查焓湿图:t1=32℃, d1=20.47g/kg·干空气, h1=84.73kJ/kg·干空气, 相对湿度68%;t2=27.5℃, d2=21.55g/kg·干空气, h2=82.76kJ/kg·干空气, 相对湿度92.5%;t2′=27.5℃, d2′=22.32g/kg·干空气, h2′=84.73kJ/kg·干空气, 相对湿度95.7%;tmax=27℃;t3=32℃, d3=11.88g/kg·干空气, h3=62.72kJ/kg·干空气, 相对湿度40%;t4=22℃, d4=15.94g/kg·干空气, h4=62.72kJ/kg·干空气, 相对湿度95.9%;其中t1-t2′为等焓线, t3-t4为等焓线。
看图得出t1-t2为减焓加湿线。当混水温度小于湿球温度时, 这一过程即为减焓加湿过程。
2.4 蒸发冷却器选型
为保证蒸发冷却器饱和效率>90%, 采用复合加湿降温方式:刺孔不锈钢湿膜 (填料) 300mm+单排喷雾+挡水板结构。蒸发冷却器结构布置图如图2;蒸发冷却器水电系统图如图3。
3 蒸发冷却器设计原理和产品特点
此直接蒸发冷却器是专为国内外干热地区电站、核电站行业设计制作的, 是利用热湿交换原理与金属导热原理进行直接蒸发冷却降温的节能产品。该机组使用循环水进行直接蒸发冷却降温, 与大型空调机组配套使用;是针对干热、温差较大及缺水地区而设计的, 主要用于核电、火力发电企业的设备降温, 经济、节能、实用。夏季用于室内降温, 起到节能又降低运行费用的目的。蒸发器主体结构及框架全部采用不锈钢材料, 保证不霉变、高寿命, 且易反复清洗, 采用复合加湿降温方式, 饱和效率≥90%, 远期运行可靠性好。
在此项目中, 我们采用低温混合水的传导降温与等焓加湿冷却相结合的方式-减焓冷却降温方式。
减焓冷却降温实施方法:主要是通过水箱内的水温传感器检测水温, 当温度高于设定值时, 排水电磁阀排掉水箱内部分水, 补充低温水, 利用供水温度低 (约20℃以下) 与原水箱内水混合后达到设定值, 再利用不锈钢湿膜独特的良好导热性能, 使喷雾水及湿膜表面循环水温度维持在20℃～26℃范围内, 直接对空气进行冷却降温, 此种方式为直接传导冷却与等焓加湿复合方式。即使在极端气候条件下, 也可确保冷却器的降温效率。
4 蒸发冷却器产品特点
(1) 采用复合加湿蒸发降温方式:即采用不锈钢刺孔湿膜+喷雾+挡水板结构方式。较传统单一湿膜蒸发冷却器, 增加了喷雾横向布水并延长了有效气化热湿交换距离, 既解决了高风速迎风无水, 又解决了金属膜不吸水的弱点, 进而提高了综合饱和效率 (≥90%) 。
(2) 采用特殊结构的铝合金大沟槽 (15mm) 挡水板 (≥4m/s) , 使高风速空调的占空距离大大减小, 过水率小于0.3g/kg。
(3) 主体结构全部采用不锈钢材料, 高寿命、不霉变, 可重复清洗寿命最高达40年。
(4) 蒸发冷却填料采用专利刺孔结构, 利用水的张力浸润原理, 穿透浸润, 提高了饱和效率, 冲孔可减小风阻。
(5) 采用高效雾式过滤旋转防堵双雾头, 可任意调节喷雾方向, 缩短布水范围与汽化距离;在动态风速下, 保持雾粒充满加湿段, 起到加湿、清洗净化作用。快速可换, 防阻塞, 易清洗。
(6) 双可靠性设计: (a) 进水采用粗过滤器, 出水采用智能电子刷式自清洗装置, 便于维护有效保证喷雾孔不堵, 喷雾头采用细滤等多级过滤方式, 维护清洗方便, 远期运用可靠。 (b) 针对水箱小, 供水大的瞬间供水保证要求, 采用电控式防水波动装置设计与低水位无水保护设计。 (c) 水路采用无水检测装置, 确保水泵在粗过滤堵塞清理的工况下, 水泵安全运行。 (d) 用帽式溢流装置代替反水弯, 防止高水位溢出。 (e) 针对冷却段较短的局限, 采用旋转双喷头, 以利于雾粒分布均匀, 缩短汽化与横向布水距离。
(7) 采用进口PLC控制柜, 全自控, 屏幕可显, 可远程控制, 安全可靠。
(8) 采用温度传感器控制排水可调, 手动与自动控制。
(9) 主体结构采用不锈钢设计, 高寿命。
(10) 设有独特防侧过水设计, 防水箱搜风带水设计。
(11) 水箱采用厚度2mm不锈钢焊接, 水箱内安装有机械浮球自动补水机构与快速补水电磁阀、防水位波动及保护水泵的液位控制器。确保动态条件下的远期无人值班安全运行。
(12) 水泵为多级离心式管道泵, 进口德国WILO品牌, JDK150机组采用湿膜供水及喷雾供水泵各一台, 保证足够使用流量及压力。
(13) 流量检测装置。在水泵出水管路中安装流量检测装置, 随时检测出水压力, 避免水泵由于进水口过滤网堵塞等问题, 使泵产生空转而烧损水泵。
(14) 水泵设有流量调节分路及反冲洗装置, 以变调节喷雾量及清洁水箱内一级过滤网, 延长清理时间。
(15) 在等焓加湿降温的设计上, 又增加了减焓冷却降温方式, 水箱设置排水电磁阀及水温传感器, 当水温超过设定值时, 自动排放水, 并且同时补充外部低温水, 把水温控制在20℃-26℃范围内。
(16) 智能电子除垢自清洗装置。具有对原水进行过滤并自动对滤芯进行清洗排污的功能, 且清洗排污时系统供水不间断。清洗方式简单, 且清洗循环电子监控, 可实现自动清洗排污。全自动自清洗过滤控制系统中的各参数均可调节。
(17) 电导率检测装置能随时检测水箱内的水质导电率, 检测水质水垢指标, 并根据设定值实现自动调节水箱内水质的导电率, 防止水垢积附在喷雾系统内, 造成喷头堵塞及减少湿膜及挡水板的表面结垢。
5 蒸发冷却器日常维护
(1) 清洗部件:水箱内过滤器正常情况下每半月清理一次;如果水质较差, 应一周或更短时间清理一次;清理时, 反旋开快拧接头, 过滤器托盘取出, 冲洗里面的杂质或沉淀物;或用备件更换使用;未装过滤器, 严禁开机, 以防供水泵堵塞无法使用;蒸发冷却器如长时间停用, 应把水箱内水排空, 以免水变质;水箱底及箱壁:每半年一次或视实际工况定;蒸发器湿膜、挡水板等需3～5年清洗一次, 用外接自来水或高压泵水枪冲刷。
(2) 清洗水箱办法:打开进水开关阀处的放水开关, 可接入冲洗软管, 放水刷洗, 或用专用清洗自吸泵 (自备) , 置于水箱中清洁冲刷、抽吸、排放, 反复几次, 干净为止或用高压水冲洗即可;
(3) 地区性水质差解决办法:加软化水装置即可解决, 可与厂家检测并选购。
(4) 循环水变质解决办法:加大排水比例 (>15%) ;采用高频电极软水器, 安装在喷雾回水旁通管上即可 (可向厂家选购) , 水箱长时间停用则排空并清理污物, 及时用清水清洗。
(5) 过水解决办法 (应严格预先做好密封, 以防为主) : (a) 拦水板下边水箱出风面过水解决办法:湿膜:减少后排膜供水量, 适当关小每块膜右侧水量调节阀;喷淋:减小供水量增大卸流量, 调整旁通阀, 压力表显示0.2～0.25MPa。 (b) 水箱侧底边 (角) 有飞沫现象解决办法 (>4m/s风速, 易产生此现象) :预先在水箱左右两侧加装L型侧封板;外形尺寸视情况由安装方自定, 可与厂家咨询。 (c) 水箱水质原因:水质浓度变化或残留清洁剂易产生的飞溅泡沫解决方法是换水、定期清洗。 (d) 调整水位方法:水位降低不得超过70mm;
冷却作用 篇7
为了满足欧-V及以上标准,冷却废气再循环(cooled exhaust gas recirculation,CEGR)技术正向着大流量、高冷却能力和冷却温度可调的方向发展。文献[1,2]通过调节冷却水循环量的方法来控制再循环废气的冷却温度,结果表明降低再循环废气的冷却温度能够明显降低氮氧化物(NOx)和碳烟的排放,同时能够降低燃油消耗率,提高柴油机的经济性。文献[3,4]通过试验给出了冷却水温度(温度调节范围为50~95℃)对柴油机工作性能和排放的影响,结果表明随着冷却温度的降低,柴油机的容积效率、燃空比及进气中的氧含量均相应提高。文献[5]试验了冷却温度(温度调节范围为20~80℃)对柴油机燃烧噪声和振动的影响,结果表明冷却温度为30℃时的燃烧噪声低于其他温度下的燃烧噪声[5]。
然而,当冷却温度低于结垢温度时,排气中的碳氢化合物(HC)和水蒸气就会在EGR冷却器气道内壁上凝结,加之颗粒的吸附沉积及气流的冲压作用,就会在EGR冷却器气道内形成积炭,从而劣化EGR冷却器的换热性能[6]。一般认为冷却温度越低EGR冷却器的积炭问题越严重,并且会增加硫酸盐的形成,造成EGR冷却器及气缸壁的腐蚀和磨损等问题[7]。然而,近年来法雷奥公司开发了一种热效率较高的液体低温冷却进气/EGR系统组合模块,这种低温冷却回路循环在20℃的环境温度下,在欧洲机动车排放组合(motor vehicle emissions group,MVEG)行驶循环中冷却液的最高温度只达到30℃,冷却能力较强且不会因为积炭污染而使EGR冷却器的冷却效率降低[8]。众说纷纭,针对低温冷却对EGR冷却器积炭到的影响有不同的研究结果。
本文中通过调节EGR冷却器积炭加载时的冷却水温度,获得20、40、60和80℃四个冷却水温下的积炭,并利用热重-微商热重分析法对其性质差异进行研究。同时,利用NTP技术对不同冷却水温下加载积炭的EGR冷却器进行再生,通过观察再生产物中碳氧化物(COx)的变化,分析冷却水温对EGR冷却器再生的影响。
1 试验装置及方法
1.1 积炭加载试验
目前,冷却效率较高且能预防积炭的EGR冷却器主要有板翅式、螺旋管-壳式和翅片管-壳式等,其中翅片管-壳式EGR冷却器在大型柴油机上应用得较多。本试验所用EGR冷却器即为翅片管-壳式冷却器,亦称装配式冷却器,由壳和翅片管两部分装配而成。其中,翅片管由六根不锈钢扁管及翅距和波距分别为1.5mm、3.5mm的翅片焊接而成,端面结构如图1所示。
图2为EGR冷却器积炭加载试验装置。它主要由柴油机和冷却系统组成。试验用柴油机为单缸风冷直喷式,缸径为86mm,活塞行程为70mm,压缩比为19,标定功率为6 kW,标定转速为3 600r/min。积炭加载试验选用的工况点为2 500r/min、15N·m(75%负荷)。冷却系统由水箱、水泵、电热管、热电偶及温控仪构成。冷却水通过水泵在EGR冷却器水套内循环流动。温控仪根据热电偶所测水温的变化,控制电热管的工作状态,从而实现循环冷却水温在20~90℃范围内可调。EGR冷却器分别在20、40、60、80℃四个冷却温度下进行了积炭加载试验,加载时长均为2h。
1.2 EGR冷却器再生试验
EGR冷却器再生即清除EGR冷却器内部积炭,恢复EGR冷却器的换热性能。EGR冷却器再生试验系统主要由低温等离子体(non-thermal plasma,NTP)喷射系统、电学参数测量系统、再生温度控制系统及烟气分析仪组成,装置系统如图3所示。NTP喷射系统由氧气供给装置、NTP发生器、冷却风机、水冷装置及红外测温仪构成。NTP发生器为介质阻挡放电型,低压级为外径32mm的不锈钢管,阻挡介质为内径36mm、厚2mm的石英玻璃管,高压极为包覆在石英玻璃管上的细铁丝网,轴向长度为100mm,放电间隙为2mm。放电过程中风冷和水冷共同作用,可有效降低并稳定NTP发生器放电区表面温度。
电学参数测量系统包括等离子体电源、示波器及分压电路。等离子体电源由CTP-2000K智能电子冲击机(0~25kV,7~20kHz)提供,TDS3034B型Tektronix示波器用于监测放电过程中电压、频率及放电功率的变化。再生温度控制系统由电热鼓风干燥箱和两只K型玻璃纤维测温热电偶(Omega,GG-K-36)组成。电热鼓风干燥箱可快速加热EGR冷却器至再生温度并保温,热电偶用于监测加热及再生过程中EGR冷却器内部温度的变化。Photon红外烟气分析仪用以测量再生废气中CO和CO2的浓度。
试验中,控制氧气流量为5L/min,设定NTP运行工况如下:放电频率为7.2kHz,放电电压为17.8kV,放电区表面温度为70℃。氧气经介质阻挡放电作用后,形成氧化性极强的NTP活性气体,再通入已加热至再生温度的EGR冷却器,与内部炭层发生反应,从而实现EGR冷却器的再生。其中再生温度为150℃,再生时长为210min。
1.3 热重分析
采用瑞士METTLER公司的TGA/DSC1型热重分析仪,对不同冷却温度下所加载积炭进行了热重分析,炭层样品均取2.14mg左右。试验时,升温速率设为20℃/min,使样品从50℃升至800℃,氧气流速设为50mL/min。热重(thermo-gravimetry,TG)曲线给出了程序升温过程中样品质量随温度的变化情况,微商热重(derivative thermo-gravimetry,DTG)曲线是TG曲线对温度的一阶导数,可用以表征质量变化率随温度的变化情况,能清楚地反映出起始反应温度、达到最大反应速率的温度和反应终止温度,通过观察DTG曲线可更直观地分辨相继发生的多个失重过程。
2 结果及分析
2.1 冷却温度对积炭性质的影响
图4为冷却温度分别为20、40、60、80℃时,EGR冷却器所加载积炭的TG-DTG曲线。
由图4(a)可见,冷却温度为20℃时所加载积炭的DTG曲线主要有两个峰,即炭层主要有两个失重过程。第一失重过程为T<340℃,主要是可溶性有机物(soluble organic fraction,SOF)的氧化离解。在该过程中,随着温度的升高,被凝结的液态HC和被吸附的多种有机物挥发或发生氧化反应而脱离炭层,质量损失约为32.27%,即SOF约占积炭质量的32.27%。第二失重过程为340℃≤T<650℃,主要是积炭中的干碳烟(dry soot,DS)发生氧化反应,最高反应速率为2.93×10-3℃-1,对应的温度为497℃,这一过程的质量损失约为49.08%。最后残余的18.65%为灰分,主要包括硫酸盐和金属氧化物等[9,10]。
由图4(b)可见,冷却温度为40℃时所加载积炭的第一失重过程为T<448℃,SOF的氧化速率较慢,质量损失约为34.74%。DS的氧化过程为448℃≤T<650℃,对应的质量损失为45.32%。冷却温度为60℃和80℃时所加载积炭的TG-DTG曲线走势与冷却温度为40℃时的相似,积炭的DS起燃温度均为450℃,最高燃烧速率对应的温度均为580℃,均滞后于冷却温度为20℃时(约110℃)。四个冷却温度下所加载积炭中SOF和DS的性质对比如图5和图6所示。
由图5可见,当冷却温度范围为80~40℃时,积炭中SOF的含量随着冷却温度的降低而逐渐升高。这是因为冷却温度较高时只有部分高沸点的HC可以在壁面上凝结,随着冷却温度的降低各种高分子量的HC也逐渐凝结;当冷却温度为40℃时,SOF含量达到34.74%;当冷却温度低于40℃后,SOF含量随着冷却温度的降低而降低,原因是冷却温度为40℃左右时HC已完全凝结,随着冷却温度的继续降低DS的沉积量将因热泳作用的增强而增多,从而导致了SOF含量的降低。积炭中DS的含量随冷却温度的变化则与SOF相反,随着冷却温度的降低,DS的含量先减少后增多。
由图6可见,随着冷却温度的降低,SOF的最高氧化速率总体呈升高趋势,DS的最高氧化速率则随着冷却温度的降低而降低。四次热重试验中热重分析仪的升温程序、炉体内的压力及氧气流量一致,由此可以推断积炭中SOF的反应活性随着冷却温度的降低而逐渐升高,DS的氧化活性随着冷却温度的降低而降低。
综上所述,冷却温度对SOF和DS的含量及其最高氧化速率影响较大。随着冷却温度的降低,SOF的含量及其反应活性总体呈上升趋势,而DS的含量及其氧化活性则相反。此外,冷却温度为20℃时所加载积炭中DS的起燃温度低于其他冷却温度下的近110℃。
2.2 冷却温度对EGR冷却器积炭再生的影响
NTP由多种化学活性极强的激发态分子、离子、自由基组成,可有效氧化清除EGR冷却器内部积炭,实现EGR冷却器的再生。其中,O3对炭层的氧化起到了主要作用,反应方程[11,12,13,14]为:
积炭中的SOF与DS先后按式(1)~式(4)与O3发生反应,生成CO、CO2和H2O。各冷却温度下所加载积炭的性质存在差异,NTP作用之后所生成产物的性质也应有所不同,因此观察CO、CO2浓度随再生时长的变化差异,可在一定程度上了解冷却温度对再生的影响。图7和图8分别为四个冷却温度下所加载积炭在NTP活性物质的作用下,生成的CO2与CO的量随着再生时长的变化。
由图7可见,四个冷却温度下所加载积炭在再生过程中有以下共同点:再生初期CO2的体积分数都先急剧升高到一个最大值再缓慢降低。这是因为在加热EGR冷却器到再生温度的过程中,积炭表面的SOF挥发或离解,并悬浮在EGR冷却器气道内,一旦NTP通入,SOF便会与其发生剧烈反应,因此反应初期CO2的体积分数会急剧升高。然而,由于四个不同冷却温度下所加载积炭的性质差异,后期CO2体积分数的降低存在以下差异:(1)20℃和80℃冷却温度下所加载积炭,在再生过程的前25min,生成的CO2体积分数始终保持一个较高的水平,而后逐渐降低,降低到0.1%左右之后逐渐稳定。(2)40℃和60℃冷却温度下所加载积炭,在再生过程的前18min,生成的CO2量就迅速降低到0.3%左右,后续的近200min变化较小,仅从0.3%降低到0.22%左右。其中,20℃冷却温度下所加载的积炭在NTP作用200min后,CO2的体积分数已降为0.08%,一般认为CO2的体积分数低于0.10%时EGR冷却器就被完全再生了[15],因此20℃冷却温度下加载积炭的EGR冷却器率先实现了完全再生。
由图8可见,CO体积分数随着再生时长的变化与CO2的总体趋势一致,均为先急剧升高到一个最大值再逐渐降低。再生进行到70min之后,CO的生成量随着冷却温度的升高而增多。这是因为冷却温度越高积炭中DS的氧化活性就越强,可发生反应的DS就越多。然而,NTP活性气体以5L/min的流速流过炭层表面,停留时间较短,未能与其充分接触的积炭则被氧化成CO,因而活性DS越多,CO的生成量就越大。
对图7和图8中的CO/CO2体积分数进行积分换算,可得各冷却温度下再生产物中CO/CO2的量,如图9所示。
由图9可见,随着冷却温度的降低,再生产物中CO2的量先增加后减少,CO的量则是逐渐减少,这就使得CO在COx中所占比重逐渐变小,当冷却温度为20℃时,再生产物COx中CO所占比重仅为20.3%,约为冷却温度80℃时的4/7倍,见表1。
再生过程中去除的积炭质量随冷却温度的变化如图10所示。由图10可见,当冷却温度范围为80~40℃时,去除积炭质量随着冷却温度的降低而增加。这是因为随着冷却温度的降低EGR冷却器的积炭加载量逐渐增多[16],而NTP活性气体一直以恒定的流量供给,则被氧化去除的积炭就越多。当冷却温度为20℃时,去除积炭质量大幅降低。而冷却温度为20℃时加载积炭的EGR冷却器已被完全再生,由此可以推断冷却温度为20℃时EGR冷却器所加载的积炭量较少,原因是此时部分碳烟被凝结吸附成了较大颗粒并随气流流出,而非在壁面沉积。
3 结论
(1)EGR冷却器在75%负荷工况、冷却温度为20℃时所加载的积炭量较少,积炭中SOF的反应活性较高,DS的氧化活性不高,但DS的起燃温度较低。
(2)积炭中SOF的反应活性随着冷却温度的降低而逐渐升高,DS的氧化活性则随着冷却温度的降低而降低。
(3)随着冷却温度的降低,再生过程中去除的积炭质量以及生成的CO2量逐渐增加,并在40℃时发生突降;CO的量则随着冷却温度的降低而逐渐减少。
冷却作用 篇8
通过对氯化钙溶液物性的研究, 及对新型冷却系统的试验结果表明, 以氯化钙溶液作为冷却液, 以耐腐材料制作发动机冷却系统, 符合发动机对散热的需求, 该冷却系统仍兼容乙二醇型冷却液, 有极强的适应性。该研究是全新发动机冷却液、冷却系统的研究方向, 对降低发动机冷却液成本及开拓氯化钙应用范围具有重要意义。
1 氯化钙溶液作为冷却液的性能研究
溶液在相同浓度时, 氯化钙溶液和乙二醇溶液相比, 有更低的冰点, 更高的沸点, 满足作为发动机冷却液的基本要求 (低冰点高沸点) 。发动机冷却液对溶液的性质有更高的要求, 通过在相同冰点时, 对比氯化钙溶液与乙二醇溶液的沸点、比热容、导热系数、动力粘度等物理性质, 来分析氯化钙溶液作为发动机冷却液的可行性。见表1。
经查阅资料可知, 两种溶液的沸点均随溶液浓度的增大而增大, 冰点随溶液浓度的增大呈现先减后增的变化趋势, 氯化钙溶液在质量浓度为30% 左右时, 冰达点到最低值-55℃, 沸点110℃;乙二醇溶液在质量浓度为65% 左右时, 冰点达到最低值-58℃, 沸点112℃。在冰沸点方面, CaCl2 溶液符合作为发动机冷却液的要求。
从表1 数据可知, 随着溶液冰点的降低, 两种溶液的比热容均减小, 减小的趋势接近, 在相同冰点时, 氯化钙溶液的比热容与乙二醇溶液的相差0.2 ~ 0.3kJ/ (kg·K) , 数值接近;导热系数方面, 氯化钙溶液随着冰点的降低变化幅度较小, 数值稳定在0.55W/ (m·K) , 而乙二醇溶液在温度较高时, 导热系数与氯化钙溶液接近, 而随着冰点的降低, 下降较多, 在导热系数稳定性上, 不如氯化钙溶液;在溶液动力粘度上, 随着冰点的降低, 两种溶液的动力粘度均增大, 但氯化钙溶液的增大幅度远小于乙二醇溶液。因此, 在低温时, 氯化钙溶液的流动性更好, 两种溶液的沸点均随冰点的降低而增大, 变化幅度接近。可知, 相同冰点时, 在导热系数、低温流动性方面, 氯化钙溶液性能优于乙二醇溶液;在比热容、沸点方面, 两种溶液性能接近, 所以氯化钙溶液在物性方面符合作为发动机冷却液的要求, 且性能优于乙二醇冷却液。
在对冷却性能有更高要求时, 可以向氯化钙溶液中加入NaNO2, 使冰点进一步下降 ( 见表2) , 冰点可比相同浓度下不加Na NO2的CaCl2溶液减少约20%, 能在更为寒冷的地区使用。
注: (1) 河南省分析测试中心DCS测定结果。
2 冷却系统的改进及测试
2.1 冷却系统材料的选择
汽车冷却系统分为水冷系统和油冷系统, 水冷系统主要由水箱、水泵、水管、散热器、风扇、节温器等组成。由于氯化钙溶液具有腐蚀性, 冷却系统在材料选择上需要满足散热和耐腐蚀。新型冷却系统, 主要采用现在车用冷却系统零部件的替换优化的方法进行制作。
(1) 冷却水道衬里的选择。冷却水道衬里要求传热性好, 耐腐蚀, 耐高温且成型简单等。经查阅资料可知, 浸渍不透性石墨材料能满足要求, 已在工业防腐设备中大量应用, 衬里技术相对成熟;优良的耐腐蚀性能;优良的导热性能, 其导热系数是一般碳钢的三倍左右;热膨胀系数小, 耐热冲击性好, 热稳定性高 (最高耐受温度400℃, 能耐受气缸外壁温度) 。但衬里技术相对复杂, 增加发动机的制造成本。替代方案是采用耐腐蚀涂层, 价格低廉, 同样能达到气缸壁的传热要求。
(2) 水泵的选择。耐腐蚀水泵主要有陶瓷泵、钛泵、聚四氟乙烯衬里泵, 其中耐腐蚀、耐高温性能最好的是聚四氟乙烯衬里水泵, 其可以耐受高温下任何浓度的强酸、强碱、强氧化剂的腐蚀, 长期工作温度-250 ~ +260℃。而发动机水泵工作温度在-60 ~ +120℃之间, 陶瓷衬里水泵同样满足要求。
(3) 管路的选择。主要有两种材料的水管, 聚四氟乙烯水管和硅胶管。硅胶管连续使用温度在-40 ~ 300℃之间, 耐腐蚀性能优, 连接方便, 化学性稳定。
(4) 散热器的选择。散热器要求散热性能好, 耐腐蚀。因此, 可以在散热器内壁涂覆防腐涂料, 由于涂层较薄, 对原始材料导热性能的影响可以忽略不计, 故防腐涂层能满足散热器对性能的要求, 可使用的有CH-784 环氧氨基防腐蚀性涂料、SY-92 型环氧酚醛防腐蚀涂料等;还可以采用浸渍不透性石墨管制作新型散热器。
2.2 冷却系统及冷却液性能测试
冷却系统模型采用陶瓷衬里水泵、聚四氟乙烯水管、浸渍不透性石墨衬里结构、浸渍不透性石墨管散热器制作而成, 能实现冷却系统的基本功能。试验采用质量浓度为30% 的氯化钙溶液, 闭式循环系统, 进行恒定功率仿发动机燃烧加热系统, 分3 组分别连续测试36h。实验结果表明, 组建的冷却系统不存在材料腐蚀现象, 完全可以耐受氯化钙水溶液的腐蚀;氯化钙溶液方面, 由于采用闭式循环系统, 氧气无法混入, 且无水分蒸发情况, 溶液性质较稳定, 没有产生混浊沉淀现象。结果表明, 氯化钙溶液和新型冷却系统能达到发动机散热的需求。
3 结语
通过上述分析, 可以得出以下结论。
(1) 氯化钙溶液在物性方面完全符合发动机冷却液的性能要求, 纯净溶液最低冰点达到-55℃, 沸点110℃, 完全能满足汽车发动机散热系统在冬季的使用, 且具有成本低、不可燃、清洁安全等优点。 (2) 在对冷却液品质有更高要求的地区, 可以通过添加亚硝酸钠, 来降低冰点, 提高沸点, 以满足高负荷发动机散热的需求。但NaNO2对环境有一定污染, 今后可考虑用其他添加剂代替。 (3) 新型冷却系统完全能耐受氯化钙溶液的腐蚀, 散热方面也优于常规冷却系统, 在性能上完全可以取代现有冷却系统。 (4) 由于氯化钙溶液含钙离子, 长期使用会引起系统结垢, 影响热交换。因此, 冷却系统应采用闭式循环结构, 在必要时可加入阻垢剂, 防止发生结垢。
摘要：根据溶液的依数性可知, 相同浓度的溶液, 电解质溶液的沸点高于有机溶剂溶液, 冰点低于有机溶剂溶液, 更符合发动机冷却系统对冷却液的基本要求。通过对氯化钙溶液物性的研究, 结合市面上流行的乙二醇型冷却液的性能, 探究氯化钙溶液作为车用冷却液的可行性。氯化钙溶液有一定的腐蚀性, 采用新材料制作的发动机冷却系统, 通过材料的理论性能分析和实验结果表明, 采用合适的技术氯化钙溶液完全可以替代乙二醇型冷却液, 作为新型的发动机冷却液使用。
关键词：氯化钙,冷却液,新型冷却系统
参考文献
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冷却作用 篇9
1 JL4×5篦冷机设计指标和标定结果
主要设计指标:产量:5 000t/d, 篦床有效面积:117m2, 入料温度:1 400℃, 出料温度:65℃+环境温度, 二次风温度:1 000℃, 三次风温度:950℃, 出料粒度:<25mm, 最大料层厚度:660mm, 推动棒冲程:200mm, 冲程次数:0～30次/min, 液压站油泵电动机功率:90kW, 电压380V, 5台。几条生产线使用该篦冷机的标定结果见表1。
2 冷却效果及性能指标分析
2.1 冷却效果
从表1可以看出, HNLL出篦冷机熟料温度最低, 为49℃, 其次是TFGS的C线, 为106℃, 这两条生产线出冷却机熟料温度虽然达到或基本达到设计要求, 但是篦冷机单位熟料标态冷却用风量也最高, 分别达到2.69m3/kg和2.58m3/kg, 甚至远高于第三代篦冷机单位熟料冷却用风量 (一般为2.3m3/kg) 。这说明其冷却效果是靠使用过多的冷却风来实现的, 不仅降低了二、三次风的温度, 减少了回收用于窑煅烧系统的热量, 降低了窑系统热效率, 而且势必增加冷却风机电耗。从表1也可以看出, HNLL和TFGS的C线冷却风机配用电动机功率也最高, 分别达17.08kW/t和16.17kW/t。总之, 虽然这两条线的熟料冷却效果较好, 但冷却用风量和冷却电耗也最高。没有体现出第四代篦冷机热回收和冷却效率高以及冷却风机电耗低的优势, 运行并不经济。
表1中其他公司单位熟料标态冷却用风量在1.72～2.39m3/kg之间, 大多在第四代篦冷机正常配风范围, 出篦冷机熟料温度却都没有达到设计要求。如SXDT、TFGS的A线和SXFX, 虽然标态冷却配风量在1.95～2.03m3/kg, 接近第四代正常配风量的高限, 但是出冷却机的熟料温度却在178～199℃。而BDTX的标态冷却用风为1.72m3/kg, 接近正常配风低限, 出篦冷机熟料温度却高达211℃。以上数据表明, 正常配风情况下, 篦冷机的冷却效率低, 热回收效果不好。
2.2 性能指标
根据GB50443—2007《水泥工厂节能设计规范》要求, 冷却机热回收效率应不低于72%。由表1看出, 8条生产线中, 有5条达到要求。
3 冷却效果差的原因分析
3.1 冷却风量的影响
对于同一台篦冷机, 正常状态下, 鼓风量越大, 熟料的冷却效果越好, 反之效果就差。冷却用风量不足有两种情况:一是冷却风机出力不足, 二是篦冷机篦室压力与风机压力配合欠妥, 篦室压力高于风机压力, 从而导致从风室向外返风。
TSSY篦冷机设计标态冷却风量为528 129m3/h, 实测平均为528 285m3/h, 与设计基本相当, 说明风机出力基本达到预定值。但是, 现场实测F10风机风量为负值即说明风向是从篦冷机向风机方向流出, 冷却机存在向外漏风, 即有一部分鼓入篦室的风量没有通过篦板冷却熟料, 从而导致熟料冷却效果较差。属上述第二种情况。
对于TFGS的A、B和C三条生产线, 冷却风机出力均达不到设备额定值 (标态风量564 952m3/h) 。其中:A线实测为515 029m3/h;B线实测为483 735m3/h;C线实测554 528m3/h。究其原因, 可能因冷却风机压力与篦床阻力不匹配, 导致风量不能有效冷却熟料。尤其是F01和F02风机的压力明显偏低。属上述一、二种情况。
实测BDTX单位熟料标态冷却用风量最低, 只有1.72m3/kg, 比HNLL的低30%以上, 说明BDTX冷却风机出力不足。属上述第一种情况。BDTX在热工标定后, 对F1、F21、F22和F32风机进行了升压技改 (风量不变) 。技改后, AQC炉的进口风温提高了11℃, 工况风量提高了5.8%, 用于发电的余热提高了7 490MJ/h, 比技改前窑头余热利用量提高了9.39%。
SXFX篦冷机设计标态冷却风量为506 265m3/h, 实测为444 368m3/h, 约为额定设计能力的85%。另外通过篦冷机系统平衡计算, 标态下篦冷机内部向外漏风36 894m3/h。据现场观察, 篦下气室通过仪表线缆孔、人孔门等向外漏风。因此标态有效冷却用风量为444 368-36 894=407 474m3/h, 约为额定设计能力的80%, 折合标态下单位熟料冷却用风量为1.79m3/kg。属上述一、二种情况。
综上所述, 篦冷机有效冷却风量的多少对其冷却效果起着关键作用。
3.2 熟料粒度的影响
从标定现场取料观察, 凡是熟料冷却效果差的, 熟料输送料斗中均存在相当比例的红料。由于大颗粒熟料的换热过程为对流和辐射两种传热方式, 且受熟料颗粒内部的热传导过程的控制, 熟料颗粒冷却到要求的温度必然需要更多的时间, 这就导致出冷却机熟料平均温度偏高。
3.3 篦冷机本身的影响
表1中, 实测标态冷却用风量在1.95～2.39m3/kg的篦冷机, 熟料冷却效果仍没有达到设计预期, 说明可能与篦冷机的加工、制作、安装、操作、运行状况等有关, 有待对设备进行专门的研究。
4 提高冷却效果的建议
针对以上标定结果分析, 建议生产中各企业优化配料、稳定操作, 首先避免熟料的粒径不齐或有大块窑皮、“大球”出现, 稳定料层厚度和阻力;其次注重篦冷机篦室压力与风机压力的配合, 优化篦冷机高温段用风, 使二、三次风的温度最高;三要加强系统封堵, 减少篦冷机向外漏风, 提高冷却风的有效利用率;四是减少一次风用量, 提高二、三次风用量;五要适当提高高温段冷却风机压力, 同时避免高温段风“短路”现象出现。
更正:
