金属填料表面热质传递实验研究

    前言

    金属填料空气处理设备属于淋水式空气处理设备。由于填料表面形状复杂,使得利用理论分析和计算求解传热传质过程十分困难。尽管许多学者先后建立了含湿量 差、分压力差及焓差为驱动力的理论,也有借助一些积函量和显著参变量来建立和描述传热传质设备的热力特性。然而,实验研究十分必要,理论计算结果也需要实 验验证。

    金属填料目前在石油化工领域应用颇为广泛,具有效率高、耐腐蚀等优点。整个填料由许多金属薄片组成,金属薄片上轧制小波纹,再轧制大波纹,然后十字交叉组 装成块。薄片上冲有小孔,可以粗分配薄片上的液体,加强横向混合,薄片上加沟纹起到细分配液体的作用,增强了液体均布和填料的润湿性能,提高了传热传质效 率。

    为了进行填料的优化设计,即考虑填料的长、宽、高、比表面积这些特征尺寸对填料性能的影响,本实验选用了三种不同特征尺寸的铝质填料。通过对大量的实验数据进行处理,得到一系列方程和曲线,以便为金属填料在空调领域的应用和新产品开发提供基础。

    1实验系统设计

    1.1试件及测量参数

    铝合金薄板轧制的金属孔板斜波纹填料是一种新型规整填料,水淋洒在填料表面上,在填料表面形成水膜,水与空气直接接触,通过热质传递实现对空气的除湿冷却、绝热蒸发冷却和加热加湿等处理过程。

    本实验的目的不仅在于通过实验结果来验证理论计算的正确性,而且也希望进一步探讨金属填料的结构尺寸、比表面积等因素对出口空气状态及阻力的影响。给出它们之间的关系式,以便于工程应用和新产品开发。

    影响出口空气温度、热质传递效率、空气阻力的因素有:金属填料的结构尺寸、比表面积、进口空气状态、空气质量流速、进口水温及其水的质量流速。实验中,改变以上自变量的值,观察其对因变量的影响。图1为实验样品的照片。实验样品的几何特性如表1所示。

    在天津大学暖通实验室建立实验台,进行金属填料结构优化和性能研究的实验。

    1.2实验系统的各个组成部分

    1.2.1冷热源制备系统

    风冷热泵空调机组为本实验提供冷水和热水,该空调机组名义制冷量为16.3KW,名义制热量为19.5KW,压缩机功率为6.6KW。水箱内有电加热管,在进行冬季工况模拟实验时,可做为辅助热源。

    1.2.2水系统

    由水箱、水泵、浮子流量计、控制阀和布水器等组成,水环路见图2: