喷雾蒸发冷却

关键词：

喷雾蒸发冷却（精选三篇）

喷雾蒸发冷却篇1

孙慧娟等[1]对高温燃气中单个液滴的蒸发建立了数理模型, 研究结果表明燃气温度越高, 液滴最终达到的稳定平均温度越高, 而燃气速度对液滴的稳定平均温度和完全蒸发时间没有影响。马力等[2]采用悬挂液滴的方对单液滴蒸发过程进行了实验研究, 结果表明气流速度对液滴的蒸发影响有限, 不宜单纯采取提高气流速度来大幅加快液滴的蒸发。卢江等[3]针对单个液滴在高温环境中的蒸发进行了研究, 认为在液滴与所处介质之间有相对运动时, 液滴与周围介质间的热量和质量传递会加强。刘乃玲等[4]建立了液滴蒸发非稳态阶段的数学模型, 迭代求解表明, 液滴非稳态阶段过程时间很短, 液滴尺寸的变化很小。

本文以高温气流中单个液滴蒸发为对象, 建立液滴与气流间的传热传质模型, 分析单个液滴的运动过程和热质传递特性, 计算获取了液滴直径和完全蒸发时间的变化规律。

1 计算模型

本文基于离散相模型进行液滴蒸发过程的仿真分析, 以直径为20mm, 长度为1000mm的圆管作为计算域, 采用结构化网格划分, 网格数量为867858个, 经网格相关性验证满足研究需求。本文所研究液滴初始直径为50μm, 圆管直径与液滴直径比为400, 当液滴处于圆管中心线附近时, 可认为边界层对液滴运动无影响。同时为了弱化圆管入口效应的影响, 液滴喷入点设置在入口下游2m处。入口条件设置为速度入口条件, 出口条件为压力出口条件, 湍流模型采用k-ε模型, 壁面为非滑移边界条件和绝热边界条件。液滴为纯水, 液滴初始温度为323K。

本文分别针对不同来流温度 (=443K, 463K, 483K, 503K) 、不同来流速度 (V∞=10m/s, 20m/s, 30m/s, 40m/s) 、不同液滴初始速度 (Vp, 0=-20m/s, -10m/s, 0m/s, 10m/s, 20m/s, 30m/s, 40m/s, 50m/s) 计算了蒸发过程中液滴直径以及完全蒸发时间, 获取了液滴蒸发行为特性。

2 结果分析

2.1 来流流速V∞的影响 (见图1)

图1所示为液滴初始速度Vp, 0=10m/s, 来流温度=443K时, 不同来流速度V∞对应的液滴完全蒸发时间。对于相同的来流温度和液滴初始条件, 随着来流速度的提高, 液滴完全蒸发时间不断降低。因为来流温度确定时, 液滴的平衡蒸发温度也确定了, 而来流速度的影响并不大, 因此来流速度对液滴蒸发的影响主要表现在液滴刚进入来流气体初期的非平衡蒸发阶段, 即对于相同的液滴初速度, 当来流速度越大时, 液滴与来流气体之间的对流越强烈, 伴随着传质和传热过程更强, 因此液滴蒸发量越大。而本文所研究液滴尺寸较小 (=50μm) , 在进入来流气体后很短时间 (<0.05s) 液滴温度即达到平衡蒸发温度, 因此虽然来流速度可以显著增强非平衡阶段液滴的蒸发效果, 但因为非平衡状态维持时间较短, 因此来流速度对液滴的整个蒸发周期的影响是有限。

(Vp, 0=10m/s, Tp, 0=323K, dp, 0=50μm, T∞=443K)

2.2 来流温度T∞的影响

以来流速度V∞=10m/s, 液滴初始速度Vp, 0=10m/s为例, 当来流温度T∞=443K时, 液滴完全蒸发时间=0.1361s, 当T∞升高至503K时, 减少至0.0929s。可见随着来流气体的温度升高, 液滴完全蒸发时间将减小。主要因为随着来流气体的温度升高, 液滴平衡蒸发阶段的传热温差增大, 传热强度大, 表明此阶段液滴蒸发量大, 因此液滴完全蒸发时间减小。

2.3 液滴初始速度Vp, 0的影响

(V∞=30m/s, Tp, 0=323K, dp, 0=50μm, T∞=443K)

图2所示为来流速度V∞为30m/s, 来流温度为443K, 液滴初始温度为323K, 液滴初始直径为50μm时, 不同液滴初始速度对应的液滴完全蒸发时间。对于外部环境条件相同的液滴, 在其初始直径相同时, 液滴的完全蒸发时间随着液滴初始速度呈现着对称分布的变化结果, 而液滴完全蒸发时间最大的液滴初始速度对应着当地的来流速度, 本文中采用圆管模拟液滴外部环境, 由于边界层的影响, 当圆管入口速度为30m/s时, 液滴周围速度实际约为35m/s, 因此液滴完全蒸发时间最大时对应的液滴初始速度为35m/s。

当液滴初始速度大于或小于当地来流速度时, 液滴蒸发时间都将减小, 因为当液滴速度与来流速度不一致时, 由于液滴四周边界层中的对流作用, 较相对静止状态时, 液滴的传质过程被强化, 更大的水分蒸发, 因此蒸发速度也随着增大。同时, 由图2可见, 通过增大液滴与来流的速度差, 可强化液滴的非平衡蒸发过程, 而不需要一味的增大液滴的初始速度。

3 结论

本文建立了单个液滴在高温气流中运动和蒸发过程的仿真模型, 分析了来流速度等因素对液滴蒸发行为的影响, 总结出液滴蒸发影响因素的影响规律。相同液滴初始条件下, 来流温度越高和速度越大, 液滴与来流气体间的传热和传质过程越强, 液滴完全蒸发时间越短, 其中来流速度的影响主要体现在液滴刚刚进入气体的初期蒸发阶段, 而来流温度则通过平衡阶段传热温差来影响液滴蒸发。

参考文献

[1]孙慧娟, 张海滨, 白博峰.高温燃气中单个液滴的蒸发特性.西安交通大学学报, 2008, 42 (7) :833~837.

[2]马力, 仇性启, 王健, 郑志伟, 易志勇, 阎红巧.单液滴蒸发影响因素实验研究.现代化工, 2013, 33 (1) :103~106.

[3]卢江, 余敏, 陶乐仁, 赵吉哲.水滴蒸发的理论分析与蒸发时间的研究.上海理工大学学报, 2003, 25 (1) :36~38.

喷雾蒸发冷却篇2

多流体碱雾发生器内蒸发喷雾射流的数值模拟

通过对多流体碱雾发生器中伴随气固两相流的蒸发喷雾射流的数值模拟,得到了碱雾发生器内气液固三相的速度矢量场.计算结果表明,气体轴向速度呈中间高两头低的对称分布;对于不同粒径的.液滴,呈现出不同的空间分布规律,大液滴由于惯性大,可以穿越周围的气流区,比小液滴有更大的扩展角;在喷嘴出口2倍管道直径区域,由于雾化液滴与固体颗粒存在较大的速度差,有利于固体颗粒的碰撞增湿.

作者：陆云峰周月桂曹威城章明川 LU Yun-feng ZHOU Yue-gui CAO Wei-cheng ZHANG Ming-chuan 作者单位：上海交通大学,热能工程研究所,上海,200240 刊名：锅炉技术 PKU英文刊名：BOILER TECHNOLOGY 年，卷(期)： 37(5) 分类号：X701 关键词：两相流动蒸发喷雾射流数值模拟

喷雾蒸发冷却篇3

关键词：蒸发冷却；机械制冷；复合空调系统；实验台设计

中图分类号：TU831.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0029-01

当前，我国面临着严峻的资源以及环境形势，其中节能减排就是一个有效地措施，为达到节能减排这一目的，在蒸发系统和机械制冷复合空调系统搭建过程中，需要结合当地的气候特征，存在的问题主要有：能耗高、水堵、使用年限较短、维修工作量大。适用范围有限，只能使用在干燥地区，如新疆，同时还没有冷热回收功能，造成能源浪费。

1 机组外形设计

外形设计过程中需要根据实际情况进行设计，所以需要参照其他组合台式空调的外形尺寸，在本次设计中主要参照的组合台式空调节型号包括美的、台佳以及开利等，在此基础上根据本次设计的实际需求对相应的机组外形进行优化设计，并对不同功能段的相关尺寸做了改动。

机组结构在设计过程中既要从蒸发冷却“免费供冷”这一优点出发，同时还要保证机械冷却除湿功能的正常发挥，此外还要根据实际情况，保证机组各功能在不同季节条件下可以正常发挥。综合以上各项因素设计出在一年四季均可正常发挥功能的全年运行空调机组。

2 实验台系统设计

2.1 设计依据

设计依据包括：

《组合式空调机组设计规范》GB/T14294-93；

《采暖通风和空气调节设计规范》GB50019-2003；

《全国民用建筑工程设计技术措施—节能专篇》暖通空调·动力2007。

2.2 机组外形设计

机组外形设计过程中需要根据组合式空调机组设计规范进行设计，同时参照其它一些组合式空调机组外形尺寸确定合适的外形尺寸，如美的、台佳、开利等，在此基础上根据该机组设机功能要求，适当地对机组外形相关尺寸做出优化设计。

2.3 机组各功能段结构设计

机组结构设计过程中需要综合考虑各项因素进行设计，其中既包括机械冷却除湿功能以及蒸发冷却“免费供冷”这一优势，同时还要考虑一年中不同季节条件下机组功能的切换使用。在全面考虑之后，最终设计出了一种全年运行空调机组，该空调机组包括：新风过滤段、管式间接蒸发冷却段、直接蒸发段、热管（热回收）间接蒸发冷却段、机械制冷表冷器段、再热段、加湿段等，此外还包括挡水板以及送风机这两部分。

2.4 风系统设计

①风管管路设计。风管管路设计过程中，主要考虑的是不同季节条件下运行模式的变化性，同时还要从节能减排出发，做到回收利用，根据这两点内容搭建了实验台风系统。

②风管尺寸的确定。根据《实用供热空调设计手册》中关于风管尺寸的有关规定，采用假定流速法计算空调系统风管水力，结合流量以及规范中建议使用的流速确定出风管尺寸，在计算过程中不要忘记相关阻力的计算。

③风系统阻力计算结果及风机选型。

2.5 水系统设计

①蒸发冷却水系统。

②机械制冷水系统。

冷水机组选型：在实验台二层屋顶放置实验台冷水机组，采用的是HLZ30型蒸发式空调机，该蒸发式空调机的使用减少了使用水泵以及修建冷却塔方面的投资，该设备结构紧凑，具有广泛使用性，该设备相对于普通的风冷式以及水冷式空调主机，热泵的性能循环系数显著提高。其制冷量30 kW，功率9 kW，冷冻水泵扬程为22 m，冷冻水流量为5.0 m3/h。机组表冷器配备主机选用蒸发式冷水机组。

表冷器选型。表冷器设计参数：

管排数：4；制冷量：25 kW；运行工况：回风工况；水量：4.2 m3/h；水阻：25 kPa；进出水温：7/12 ℃；进出水管径：DN40。

3 系统全年运行调节

3.1 夏季

当室外空气状态点W落在第Ⅳ象限区域，也就是说在空气焓值室外超过室内，同时室外空气湿度大于室内空气湿度的情况下，单纯使用蒸发冷却空调不具备制冷功能，如果想获得较好的制冷性能，需要联合使用机械制冷主机以及间接蒸发冷却系统，在此条件下需要开启管式间接段、热管间接段以及机械表冷段。

3.2 过渡季节

当室外空气状态点W位于第Ⅱ象限区域，也就是说在空气焓值方面，室外大于冬季送风状态点，而且送风状态空气湿度大于室外空气湿度，这个时候一级间接加直接蒸发冷却处理系统就可以满足要求，这时需要开启直接蒸发冷却段以及热管间接段。当室外空气状态点W处于第Ⅲ象限区域时，也就是在空气焓值方面，室内小于室外，同时室内空气湿度大于室外空气湿度，使用直接蒸发冷却处理联合两级间接段就可以满足需要，开启的功能段有：直接蒸发冷却段、管式间接段以及热管间接段。

3.3 冬季

当室外空气状态点W处于第Ⅰ、Ⅱ象限区域，也就是说在空气焓值方面，室外小于冬季送风状态点，送风状态湿度大于室外空气湿度时，使用直接蒸发冷却处理和热管间接预热之后通过再热段就可以满足实际需求。开启功能段包括直接蒸发冷却段、热管间接预热段以及再热段。

4 实验台复合空调机组的特点及应用领域

4.1 机组的特点

①在设计过程中可以对空调系统的排风进行冷热回收，采用预冷或者预热处理系统，减小了空气冷却器盘管尺寸，提高了复合空调机组的能效比。

②设计过程中采取优化措施，减小了冷却器盘管尺寸，在春秋季节可以利用冷却塔进行冷却，运营和维护成本低。

③在制冷过程中将水作为制冷剂，减少了氯氟烃的排放，保证了排放物的无污染，达到了减排的目的，同时针对不同的气候特点，具有相应的空气处理功能，便于推广使用。

4.2 机组的应用领域

该机组应用广泛，在我国高湿度地区、干燥地区、中湿度地区的建筑物均可使用，工业建筑如：食品、造纸、卷烟、光学仪器、橡胶、机械加工、印刷、纺织等；公共场所比如：车站、机场、医院、写字楼、商场、影剧院、体育馆、旅馆饭店、娱乐场；此外在农业温室、地下建筑、禽畜养殖场、粮食仓库等均颗使用。

5 结语

当前条件下，随着科学技术的进一步发展，中湿度地区冷却空调技术的应用研究已经有了重大突破，我们坚信在不久的将来，中湿度地区气候条件下的蒸发冷却技术也会得到广泛应用。

参考文献：