【摘要】：人們消費水平的提高、生活方式的轉(zhuǎn)變帶來了方冰需求量不斷上升,但是目前方冰機存在能效低,能耗大的缺點。本文以日產(chǎn)冰量1噸的方冰機作為研究對象,通過耗冷量計算與(火用)分析方法對現(xiàn)有方冰機系統(tǒng)進行熱力學(xué)分析,探討了方冰機系統(tǒng)用能情況;針對(火用)損失系數(shù)較大的蒸發(fā)器進行優(yōu)化,基于Workbench傳熱模擬對蒸發(fā)器進行熱工分析,說明蜂窩板換熱器能有效地提高蒸發(fā)器的換熱性能。運用CFD方法對蜂窩板結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化進行研究,選用Mixture模型以及UDF編譯對制冷劑進行相變模擬,探討了蜂窩板焊點直徑、焊點間距、板間距、折流焊道數(shù)量及長度多個結(jié)構(gòu)參數(shù)對蒸發(fā)器傳熱性能以及阻力性能的影響,確定了符合方冰機實際工況的結(jié)構(gòu)參數(shù)搭配方案,得到結(jié)論主要如下:(1)方冰機系統(tǒng)(火用)損失大,能源利用率低。通過(火用)分析計算,系統(tǒng)整體(火用)損失為77.76%,其中蒸發(fā)器(火用)損失率較高,(火用)損失系數(shù)為30.51%,主要原因是傳統(tǒng)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)形式存在不足,制冷劑銅管與制冰格傳熱面積小,導(dǎo)致熱阻較大。(2)蜂窩板結(jié)構(gòu)能有效提高蒸發(fā)器換熱性能。通過Workbench瞬態(tài)傳熱模擬以及肋片傳熱計算,結(jié)果表明,采用蜂窩板換熱器進行優(yōu)化,接觸面積增加,傳熱熱阻降低,能耗損失減少,對提高制冰機能效有著積極作用。(3)板間距對蜂窩板綜合性能有顯著影響,焊點間距次之,焊點直徑影響較弱。(4)在本文研究范圍內(nèi),板間距與焊點間距越小,焊點直徑越大,折流焊道數(shù)量越多,長度越大時,蜂窩結(jié)構(gòu)越緊湊,制冷劑工質(zhì)流動過程中擾動越強烈,換熱效果更明顯,換熱性能越好,但是同時阻力系數(shù)增加,阻力變大,影響換熱器的綜合換熱性能。相反,當(dāng)流體流動空間增加,阻力減小,使傳熱性能變差;結(jié)合方冰機實際工況,在本次優(yōu)化設(shè)計中,選用焊點直徑D=7mm,板間距H=11mm,焊點間距L=40mm,折流焊道數(shù)量為3,長度為400mm的結(jié)構(gòu)參數(shù)搭配可以獲得最佳的綜合性能。
【圖文】：

費者身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。因此，制冰機技術(shù),尤其是食用方冰機、管冰機要更加注重冰塊質(zhì)量安全這一方面的研究，提高過濾材料過濾性能，改善自動清洗消毒功能。1.3 蜂窩板式換熱器工程技術(shù)進展及研究現(xiàn)狀蜂窩板式換熱器是基于凹坑強化換熱原理的一種新型高效的換熱器形式。根據(jù)加工工藝和結(jié)構(gòu)形式的不同，蜂窩板式換熱器主要有兩種形式：凹凸式蜂窩板以及焊點式蜂窩板。凹凸式蜂窩換熱板是按照一定的排列方式和間距，在換熱板面上加工出一定深度的凹坑或凸胞，其凹凸式蜂窩換熱板 1.1 所示。而根據(jù)換熱板流道的形狀，凹凸式蜂窩換熱板主要有三種形式：凹坑板，凸胞板，凹坑-凸胞換熱板[53]。

(a) 單面鼓泡蜂窩板物理模型 (b) 雙面鼓泡蜂窩板物理模型圖 1.2 焊點式蜂窩板結(jié)構(gòu)示意圖[54].3.1 蜂窩板式換熱器換熱機理研究進展研究者們主要通過可視化實驗、紅外成像、數(shù)值模擬等方式來探究蜂窩板換器強化傳熱的機理[55-60]。對于凹凸式蜂窩板換熱器而言，，傳熱強化的主要原因在于凹凸結(jié)構(gòu)的流場形對稱性的、周期性的漩渦和二次流，改變了邊壁層流動特性，從層流過渡成紊，從而增強傳熱。Mahmood[55]通過搭建實驗平臺，采用紅外熱成像儀研究了凹對換熱板中局部以及整體的流動和傳熱的影響，發(fā)現(xiàn)凹坑內(nèi)形成了如圖 1.3 所的周期性對渦。Ligrani[56]、Burgess[57]、Khalatov[58]等通過實驗研究也得出了似結(jié)論。
【學(xué)位授予單位】：南華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB657.1

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本文編號：2683952