蒸发式换热器应用研究

作者:TENO 发布于:2012-11-1 16:25 Thursday

    蒸发冷凝技术的应用带来了巨大的经济效益和社会效益,其广泛用于航空发动机、燃气涡轮机、空气压缩机等机械装置中。目前,由于工业生产及人们生活的需要,该技术越来越受到人们的关注与重视。而市场经济的发展,为蒸发式冷凝器的应用提供了有利条件。由于蒸发式冷凝器是蒸发式换热器中的主要换热设备种类,所以本文着重介绍蒸发式冷凝器在国内的应用状况。

    目前,国内蒸发式冷凝器的生产,除了上海、大连两大合资企业外,还出现了一批中小生产企业,其中无锡特诺等部分企业,在吸收国内外先进技术的基础上,对生产、技术都做了一些发展。由于蒸发式冷凝器具有良好的节水、节能特性,所以蒸发式冷凝器市场的竞争十分激烈,在降低成本的同时提高蒸发式冷凝器的性能成为企业当前迫切需要解决的问题。

    邱嘉昌等通过对美国58家和加拿大4家冷库使用的冷凝器进行调查表明,蒸发冷凝器已经在国外广泛应用。

    水资源紧缺、能源危机和节水环保等因素促进了有关蒸发式冷凝器的应用研究。蒸发式冷凝器在海水淡化装置中具有良好的使用性能。把蒸发冷运用在火电厂中是可行的。在矿井冻结工程的应用中,蒸发式冷凝器与立式冷凝器相比,可节水约97·7%,取得了很好的节水效果。蒸发式冷凝器具有明显的节水、节能作用。

    蒸发冷具有比普通水冷凝器投资少、能耗低、安装简单、占地少、操作方便等诸多优点。在相对干燥的地区使用蒸发式冷凝器,系统的能耗相对节省了16%,制冷性能相对提高了55%。研究表明,采用蒸发式冷凝器可使房间空调器的能效比(EER)提高50%~70%,蒸发冷凝式空调在空调市场具有很好的发展前景。在蒸发式冷凝器的应用领域方面,啤酒、食品、饮料、制药、石油化工等行业也越来越多的采用蒸发式冷凝器。实践应用表明蒸发式冷凝器相对于其它形式冷凝器具有明显优势,在内陆地区应优先选用节水、节电尤为显著的蒸发式冷凝器。另外,实践应用证明,在选用蒸发式冷凝器时,除了要重视其结构型式、应用特点外,还应对选型计算、管路系统设计和循环水的水质处理等进行认真研究。

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蒸发式换热器国内理论研究进展

作者:TENO 发布于:2012-10-17 16:34 Wednesday

    20世纪80年代,同济大学陈沛霖教授在美国加州劳伦斯伯克利研究所从事蒸发冷却技术的国际合作研究,并将这一技术引入我国。近年来,一些企业和科研单位对蒸发冷凝冷却技术进行了理论和试验研究,并取得了一定的成果。1986年,通过实验研究分析冷凝温度、空气进口湿球温度、风量和喷淋水量对氨蒸发式冷凝器单位面积热负荷的影响,同时验证在不同工况下氨蒸发式冷凝器冷凝能力变换曲线的可靠性,为设计蒸发式冷凝器提供参考。

 

    1990年,把蒸发式冷凝器中的冷凝温度与水膜平均温度之差转换为焓差,并用算术平均焓差代替对数平均焓差导出了不含水膜温度的单位面积热负荷的简化计算公式,与常用的比较繁琐的试凑法或图解法相比,这种方法对于工程设计计算相当方便。

 

    1999年,介绍了一种简单实用的带预冷器的蒸发式冷凝器的设计方法,此法可用于常规蒸发式冷凝器的设计计算。

 

    2003年,介绍了蒸发式冷凝器的工作原理、传热计算、设计参数选择和结构设计中存在的问题,建议在缺水地区使用蒸发式冷凝器最为经济。

 

    2004年,对几种间接蒸发冷却器的热工计算数学模型进行了简要介绍和对比,并对其中两种计算方法进行了实验验证,结果表明周孝清、陈沛霖提出的方法更适用于工程实践。

 

    2005年,建立了蒸发式冷凝器和蒸发式冷却器的数学模型。对换热器管外水膜的温度分布和焓值沿换热器高度方向变化进行了研究,并根据传热学理论得到了模型的解析解,为设计蒸发式换热器提供了依据。采用分布参数法对蒸发式冷凝器建立了数学模型,模型对蒸发式冷凝器的结构设计和性能的优化提供了帮助。

 

    2006-2007年,分析了喷淋蒸发翅管式冷凝器的传热过程,建立其传热传质数学模型和设计计算方法。用温降计算法进行蒸发式冷凝器的选型计算,指出设置洗涤式油分离器对于氨制冷系统的有利作用,同时结合工程实例对蒸发式冷凝器的管路进行了设计,并对其结构提出了改进意见。建立了蒸发式冷凝器实验平台,测试了不同喷淋密度及迎面风速对管外水膜与空气传热与阻力性能的影响,得到了管外水膜与空气传热系数计算式。

 

    FLUENT软件对圆管、扭曲管和交变曲面波纹管3种管束中空气的速度场、压力场及温度场进行了模拟,在适当简化模型的基础上,采用可实现k-E模型,强化壁面处理方法和速度-压力耦合的SIMPLE算法,获得了有代表性的来流流场及其对传热与流阻性能的影响量。研究表明扭曲管和管外亲水处理都能获得较好的水膜分布,而且还可以达到减小水膜热阻和提高蒸发式冷凝器传热性能的目的。研究结果对蒸发式冷凝器的设计和实际应用具有一定的指导意义。

 

    可见,蒸发式冷凝技术在国内的研究开始得较晚,理论研究主要体现在实验分析方面,通过实验得出的关联式和国外的相比也不尽相同。而模拟计算所采用的数学模型主要以国外的理论为依据,通过实验和模拟计算的结果比对,其相对误差较大。由于蒸发式换热器内部的传热传质机理非常复杂,通过国内外的理论研究表明,要精确的描述蒸发式换热器的传热传质过程,仍有很长的路要走。

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关于蒸发式换热器——国外理论研究进展

作者:TENO 发布于:2012-10-16 15:52 Tuesday

国外的蒸发冷凝技术发展比较早,所取得的理论和研究成果也比较高。蒸发式冷凝设备基本传热传质理论是在1925年由merkel所提出并发展起来的,为以后的理论研究奠定了基础。

²  对蒸发式冷凝器与凉水塔混合系统的实验表明此系统能显著降低冷凝温度,并节约换热面积。

²  对竖直管蒸发式冷却器做了传热传质试验研究,结果表明控制热阻发生在空气与水的交界面,并建立了适用于光滑竖直管蒸发式冷凝器性能计算的经验关联式。

²  对蒸发式换热器(凉水塔、流体冷却器、冷凝器)做了性能模拟,对几种蒸发式冷却器芯体的设计方案做了模拟计算探讨,发现添加的塑料材料(Munter)可以显著地增强光滑管冷却器的传热性能,而不需要使用成本很高的翅片管以增加传热面积。

²  给出了蒸发式冷凝器一种新传热传质数学模型,该模型准确的描述了传热传质过程;

²  研究了在负的大气压下蒸汽混合物对DCXs型换热器的性能影响,通过试验测试研究了DCXs型换热器中入口处不凝性气体的影响,给出了数学计算模型,并指出该模型可为冷凝器设计提供依据。

²  对两步式蒸发冷却器的性能做了实验研究,分析比对了直接蒸发式冷却器和间接蒸发式冷却器的性能,结果表明带有凉水塔的两步式蒸发冷却器比没有凉水塔的系统具有更高的换热效率,也优于一步式、直接接触式蒸发冷却器。

²  讨论了蒸发式流体冷却器的传热传质过程,建立了逆流蒸发式流体冷却器的数学模型。研究了管束的分列排布对光管式流体冷却器的热性能影响。

²  对蒸发式冷凝器(采用两组翅片管+填料的结构型式)的性能进行实验研究,同时和风冷式冷凝器进行比较实验证明,椭圆管的综合性能优于圆管,具有很好的换热和传质特性。

²  在气体流动段采用欧拉方法分析,在水滴下落阶段应用拉格朗日方法分析研究。试验研究表明,液滴尺寸的影响是最主要的因素,当喷淋水量一定时,液滴尺寸越小,换热效率越高,冷却水入口温度和空气湿球温度相差越大换热效率越高。

²  分析结果表明,对蒸发式冷却器,影响其换热效率的主要因素是流体流动速率;而对蒸发式冷凝器,影响其换热效率的主要因素是空气入口处的湿球温度和冷凝温度。依据热力学第一、二定律对逆流式冷却塔和蒸发式换热器进行了热力学性能分析,利用热力学火用平衡分析影响系统不可逆损失的因素。研究表明,换热器的入口湿球温度的增加总会提高热力学第二定律的效率。应用热力学方法丰富蒸发冷凝冷却技术的研究手段,但是仍难以准确的表达传热传质的过程。

蒸发式冷凝冷却技术在国外的研究从上个世纪至今从未间断过,并且在理论研究方面也取得了较大的成果,但大多局限于管内无相变的蒸发式冷却器的研究和蒸发式冷凝器的理论及性能模拟。随着节水和节能的需求,蒸发式换热器在系统中应用的深入研究将成为势在必行的重要研究课题。

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