基于冰浆制冷的标准冷源及不确定度分析

房间空调器制冷量的计量结果在不同焓差室间不一致的问题仍困扰着中国空调行业,是国际贸易中容易引发纠纷的计量学问题,亟待研究可对焓差实验室进行标定的标准冷源。在研究国内外房间空调器几种主流的制冷量计量方法以及标准冷源研究现状的基础上,结合对冰浆制冷物理过程的深入理解,提出基于冰浆制冷的标准冷源装置,包括冰浆制备系统和换热系统两大部分。对其进行实验研究及制冷量不确定度分析,验证该标准冷源装置是否具备标定焓差实验室的能力。实验结果表明:在焓差室室外侧为0℃,室内侧为标准制冷工况,m=70 g/s下该标准冷源装置输出制冷量的相对不确定度可以达到1.2%,约为空气焓值法的1/3,可作为标准冷源对焓差室的制冷量测量结果进行标定,有助于提高制冷行业的国际竞争力。

现有供水管道冰浆冲洗技术应用案例分析与探讨

管道冲洗是保证供水安全的重要手段,北京市现状供水管网冲洗时根据现状管线的具体情况,多采用传统单向水冲洗、气水冲洗等管道冲洗技术,确保供水管网水质安全。传统单向水冲洗、气水冲洗技术冲洗管网后,其冲洗效果维持时间短。文中以北京市首次应用冰浆冲洗技术冲洗某市政供水管道为例,详细介绍了被冲洗管道的基本情况,并对管道冰浆冲洗作业流程进行了归纳和总结。通过收集整理和分析管道冰浆冲洗过程中的水质监测数据,对冰浆冲洗效果进行了分析与探讨。冰浆冲洗结果表明,冲洗后管道内壁附着的大量污染物被冲洗排出,管网水浑浊度降低了80.86%,管道内水质达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)的要求。研究可为其他省市自来水公司管道冲洗提供借鉴和参考。

过冷法海水冰浆制备系统能耗特性分析

海水制冰浆技术可应用于海岛及海上风电的负荷转移和削峰以及冷冻保存海产品等,具有广阔应用前景。此外,海水制冰的原料近乎免费,并且利用海水作为冷却介质可以降低冷凝温度,进而提高系统能效,具有明显优势。通过建立双回路单级压缩循环制冰系统模型,分析利用过冷法制取海水冰浆的经济性和可行性,为海水制冰浆技术的实际应用提供理论指导。结果显示,该系统在计算条件下冬季循环性能系数平均值为4.76,夏季平均值为3.61,在蒸发器内较宽的海水流速范围内可维持较长时间正常运行。系统采用板式水冷冷凝器,并与空气源机组进行定量对比,结果表明循环机组采用水冷冷凝器在各指定工况点下的效益均高于采用空冷器,在设计工况下水冷机组单位投资蓄冷量为2.85kW·h/元,对应的空冷机组仅为1.37kW·h/元。

盘管内冰浆换热特性试验研究

为了探明冰浆输送过程中换热规律,搭建冰浆流动换热测试试验台,试验研究了入口含冰率、管径以及流速对冰浆换热特性的影响规律。结果表明:冰浆的换热量随流速和管径的增大而增大,随含冰率先增大后减小,且存在极大值,此时冰浆流速为2 m/s,入口含冰率为6%,最大换热量为3.02 kW;以换热阻力比(单位管长换热量与压降的比值)为评价标准寻找冰浆流动的最佳状态点,发现当管径为20 mm、流速为0.5 m/s且入口含冰率为6%时,换热阻力比达到最大,最大值为16.42 W/Pa,此时达到冰浆流动换热过程的最佳工况点,单位阻力耗散能量下所能提供单位管长换热量最大。研究结果可为冰浆在盘管内输送过程中出现分层、聚集和冰堵等问题的解决提供参考。

大豆油微乳液冰浆的制备及其性能研究

冰浆具有良好的储冷和流动换热能力,应用前景广阔。本文选择大豆油作为油相,复配Tween80和AEO-3为表面活性剂,戊醇为助表面活性剂,用Shah法制备了微乳液。实验研究了油相与表面活性剂的质量比、表面活性剂的HLB值、表面活性剂和助表面活性剂的质量比(Km值)对微乳液增溶水量的影响,筛选出了微乳液制备的最佳配比:油相与表面活性剂的质量比为1∶4,Tween80与AEO-3的质量比为6∶4(HLB值为11.6),Km值为2∶1。选择该配比下含水量为50%的微乳液,对其粒径、电导率和稳定性进行了测试分析。利用该微乳液制备了冰浆,研究了冰浆的蓄冰率、表观粘度和循环稳定性。实验结果表明,50%含水量的大豆油微乳液为W/O型微乳液,循环稳定性良好,且制备的微乳液冰浆有较高的蓄冰率和良好的流动性。

基于流态冰浆蓄冷的深远海风电就地消纳

考虑深远海风电远距离输电带来的高成本与限制性,提出了一种以冰浆作为蓄冷载体的就地消纳深远海风电的技术路线,以南海某台风力发电机为研究对象,建立了性能与经济性评价模型,对循环COP、制冰速度、单位电耗、费用年值、单位制冰费用进行分析。并与船载场景下的制冰机相对比。结果表明:风电消纳制冰浆机组在海面下取水并补充淡水制冰的情景下制冰速度可达57.18 t/h,单位电耗39.47 kWh/t,较同功率下海水片冰机制冰速度提升80.4%,单位电耗降低51.1%,产能大能效高;储冰罐全年冷量损失比率不超过制冷量的2.7%,综合各项冷量损失,全年冷量损失比率不超过5%,且几乎不随海水流速变化波动,隔热能力优秀;计入冷量损失,机组全年冰产量达95.17万吨,可冷藏至少47.59万吨海产品,供应1100艘以上千吨级渔船使用,能够满足大规模的冰需求;机组费用年值为1758.70万元,制取单位冰浆费用低至36.96元/吨,较船载场景下海水片冰机减少47.3%,具有较强竞争力,经济可行性良好。

冰浆清洗供水管道影响因素分析及效果评估

供水管网为城市供水系统的重要一环,但由于部分供水管道使用时间较长,其内部滋生沉淀了大量的管道垢物,从而影响了供水水质。冰浆清洗供水管道技术操作简便、安全高效,可进行长距离的管道清洗,已成熟应用于供水管道清洗作业中。基于400多个实际供水管道清洗作业数据,探究了其对不同管长以及不同管径的管道清洗效果,讨论了不同推动水流速度以及不同水温对冰浆清管效果的影响。同时对管道清洗效果以及性价比进行综合评价,提出冰浆的最佳注入策略,以期为冰浆清洗供水管道作业提供技术指导。

大管径管道冰浆流动阻力特性实验研究

分别针对DN50和DN802种大管径管道开展了冰浆流动阻力特性实验研究,实验均处于湍流。实验发现:在低雷诺数下,冰浆阻力系数远大于适用于纯水单相流的Blasius关联式计算值,且含冰率越大,阻力系数越大;而在高雷诺数下,冰浆的阻力特性符合Blasius关联式,不同含冰率下的阻力系数都与纯水一致;含冰率和管径对冰浆阻力系数何时进入Blasius曲线有影响,含冰率越大、管径越大,则开始进入Blasius曲线的雷诺数越大;相较于直管,弯头的临界流速更高,更容易出现堵塞,且含冰率越大,临界流速越大。

冰浆流动过程中冰晶粒径演化规律的实验研究

本文实验研究了流速为1.0~2.5 m/s、质量含冰率为10%~30%、初始粒径为350~550μm条件下的冰晶粒径演化规律,分析了流速、冰晶颗粒浓度及初始粒径对冰晶粒径演化规律的影响。结果表明:过冷法制备的冰晶粒径分布符合对数正态分布;在湍流条件下,出口平均粒径明显小于进口,表明破碎比团聚对冰晶粒径演化的影响显著,使大粒径冰晶颗粒减少,小粒径冰晶颗粒增多;大粒径的冰浆颗粒更容易破碎成小粒径颗粒,并且随着流速的增大冰晶粒径破碎作用更显著。当质量含冰率为10%,速度由1.0 m/s增至2.5 m/s时,进出口平均粒径差(Δd_(32))由16.1μm增至34.6μm,这对冰浆的安全输运具有重要的指导价值。

冰浆清洗技术对供水管道沉积物锰的去除效果分析

为了解决因供水管道内壁沉积物锰释放而导致的自来水颜色发黑且自来水中出现黑色杂质的问题,某供水公司采用常规方法对发生黑水现象的主要供水管道进行了清洗,但是效果不佳。在综合对比多种管道清洗方法后,最终决定采用冰浆清洗技术再次清洗发生黑水现象的主要供水管道。实际清洗效果表明,冰浆清洗能够很好地去除供水管道中沉积的残留锰,清洗出的沉积物中锰、铁含量分别高达8 623 mg/L和872 mg/L,锰含量几乎是铁含量的10倍,很好地解决了残留锰释放导致的自来水颜色发黑以及自来水中出现黑色杂质的问题。因此,当饮用水出现黑水问题时,可考虑采用冰浆清洗技术对供水管道进行清洗。

水平90°弯管内冰浆流体流动特性的数值模拟

以水平面上90°弯管内冰浆流体等温流动为研究对象,采用双流体混合模型,借助于计算流体力学(CFD)模拟方法,研究了90°弯管内冰浆流体三维流动特性。结果表明,冰浆流体在弯管内湍流流动过程中,会呈现出类似于单相流体流经弯管时的二次流现象。弯管内的二次流动加剧了冰粒子与液体相间的混合,使得冰粒子在弯管出口截面处趋于均布。通过比较不同湍流模型计算获得的冰浆流体管道压降,发现模拟值与实验值间的相对误差均可控制在±20%内,但模型精度不尽相同;当浆体处于低速高浓度区域时,k-ε湍流模型预测效果较为理想。随着冰粒子浓度降低,由k-ω和SA(Spalart-Allmaras)湍流模型得到的管道压降模拟结果与实验测试值更为接近。

冰浆存储过程中冰晶粒径演化的影响因素研究

应用数群平衡模型研究冰浆存储过程中添加剂种类、质量分数、耗损率、含冰率对冰晶演化过程的影响。结果表明:存储过程中冰晶是不断增长的,可以通过加入添加剂来抑制冰晶的增长;添加剂的种类和质量分数是影响冰晶粒径增长的主要因素,耗损率与含冰率对冰晶粒径的动态变化影响较小;三种添加剂抑制冰晶增长的效果由大到小依次吐温80、乙二醇、氯化钠。

水合物浆和冰浆高密度潜热输送研究进展

概括了高密度潜热输送介质——水合物浆和冰浆的研究进展。对比了水合物浆和冰浆的生成方法、生成条件、输送特性等,指出了水合物浆作潜热输送有更大的应用潜力。

竖直管道内冰浆流体流动特性的数值模拟

为研究竖直管道内冰浆流体流动特性,采用基于颗粒动力学理论的两相流双流体模型,通过CFD模拟研究了竖直管道内冰浆流体的等温流动过程。结果表明,在竖直管道内冰浆湍流输送过程中,流速沿管道中心轴线处近似呈对称分布。当冰浆流速较低时,管道截面处冰粒子的速度分布梯度较小,浓度分布趋于均匀,而随着冰浆流速升高,冰粒子的流场及浓度场均呈现出一定的梯级分布:管道近壁面处冰粒子浓度较低,而管道中心处冰粒子浓度较高,并在略偏于管道中心轴线位置处冰粒子浓度达到峰值。竖直管道内冰浆流体的流向变化对速度分布影响较弱,但对冰粒子浓度分布会产生一定影响,进而使得冰浆流体的管道压降在不同流向时存在着一定差异。

真空喷雾法制取冰浆的理论分析研究

以扩散控制蒸发模型为基础,在考虑了液滴和固体碰撞影响的情况下,建立了真空喷雾法制取冰浆的分析模型,并对液滴在闪蒸器内的温度变化的影响因素进行了分析。研究发现:液滴直径对液滴温度变化影响较大,降低液滴初温对于减少降温时间的影响不大,而降低环境压力可以使得液滴更快达到形成冰晶的条件;研究还发现采用上喷方式可以大大减少闪蒸器的尺寸。

冰浆在蓄冰槽内的蓄冰特性及其均匀度研究

对动态冰蓄冷中蓄冰槽蓄冰过程的动态特性进行实验研究,分析了影响蓄冰形成富冰层形状变化的参数:入口冰浆流量、固相含量、初始液面高度及入口管布置。分析实验结果,总结实验规律表明:冰浆流量与固相含量对富冰层变形影响较大,其它因素次之;增大上述两参数能够有效提高堆积富冰层的均匀性,提高蓄冰槽的有效利用率。

水平管道内冰浆流体阻力特性CFD模拟

以水平管道内冰浆流体无相变流动过程为研究对象,运用计算流体力学(CFD)为工具,采用两相流双流体模型,研究了管道内冰浆流体阻力特性.结果表明,沿管道流动方向冰粒子浓度场滞后于其流场的充分发展.当存在湍动时,颗粒动力学理论模型可以很好地描述冰粒子间的剪切作用.当流动为层流时,基于Thomas方程的反推黏度模型的模拟效果优于前者.若浆体输送速度进一步降低,需对冰粒子间的剪切效应进行分段考虑.

真空闪蒸制取冰浆系统[火用]分析

采用已有的计算冷量以及损失的公式,对实验室用真空闪蒸制取冰浆系统进行了分析。利用EES软件,对真空闪蒸法冰浆制备系统中的4个关键环节(冷水冰水混合、真空室内喷雾闪蒸、捕水器内蒸汽凝结成霜、制冷机制备低温盐水)进行计算,得出各个环节损失以及整个系统的效率。结果表明:实验用真空室内喷雾闪蒸环节的效率较高,捕水器内蒸汽凝结成霜的效率较低,制冷机组制备低温盐水效率最低,损最大,导致整个系统的效率相对较低。为了改善真空闪蒸制取冰浆系统的能耗,应对低温盐水制备环节进行优化或采用其他方式替代该环节。

管道内冰浆流动压降特性模拟和实验研究

本文采用以颗粒相动力学为基础的Euler-Euler模型,利用FLUENT研究冰浆在水平直管、90°弯管和T型管中的流动压降特性(计算过程不考虑相变)。模拟结果显示,在管道入口处压降较明显,90°弯管拐弯后内侧压力小于外侧,T型管在分流直角拐角处出现压力最高点和最低点。冰浆流动实验发现,冰浆单位压降随流速和含冰率的增加而增大,且3种管型中直管压降最小,T型管压降最大。对比实验与模拟结果,单位压降随流速的变化趋势一致,且误差在20%以内,但在大流速时,模拟值大于实验值。

水平管道内冰浆流动阻力特性实验研究

冰浆是一种能量密集型相变流体,掌握管道内冰浆的流动特性对于冰浆介质的工程推广尤为关键。以水平管道冰浆输送系统为研究对象,基于固液两相流非牛顿流变理论和实验测试相结合的方法,研究了在不同输送速度、不同冰粒子浓度及不同管径时冰浆流体所表现出的非牛顿流变特性和阻力特性。研究结果表明,冰浆流动的流变特性满足幂律流变特征,其流变系数随着冰粒子浓度及管道直径的增大而增大,而流变指数的变化规律则与流变系数相反。与此同时,流变参数的改变直接影响冰浆流动的阻力特性分布。当流速较低时,随着流变系数的增大及流变指数的减小,冰浆流体管道流动的阻力系数表现出显著的差异性。