蒸发式板片冷凝技术的物理特性研究

　　0 前言

　　在制冷技术中,根据冷却介质的不同种类,冷凝器主要有三种冷凝方式:风冷式、水冷式和蒸发式.其中,蒸发式冷凝以水和空气的混合物作为冷却介质,结合了风冷冷却和水冷冷却的特点^[1].其中,气态制冷剂冷凝过程所放出的凝结潜热主要依靠冷却水的蒸发带走.冷却水在水冷式冷凝器中的温升只有6~8°C,即1kg水只带走25~35kJ的显热量,而1kg水吸热蒸发可以带走2450kJ的潜热量,使得蒸发式冷凝器实际运行中的水量为水冷式的30%~45%,明显节约了水资源.蒸发式冷凝器的传热系数约为卧式水冷式冷凝器的1/2,则蒸发式冷凝器所需的换热面积约为管壳式冷凝器的2倍.但其冷凝温度可以保持在35~37°C以下,能提高制冷压缩机的制冷效率,冷凝温度的降低,使冷凝压力下降,可延长压缩机的使用寿命,降低机组维修费用.加之冷却水量的减少,有效地节约了冷却水泵的输入功率,一般为水冷式的5%~10%.蒸发冷却技术由于其环保、节能、效率高和冷却均匀等优点越来越受到人们的重视,尤其在干燥和半干燥地区得到大力推广^[2-5].

　　根据被冷却空气是否与水接触一般将蒸发冷却分为直接蒸发冷却和间接蒸发冷却两种形式.本文主要研究的是一新型的采用板片作为冷凝换热元件在直接蒸发冷却中的主要物性参数.

　　1 试验平台

　　本实验中,板片间流动的空气由于吸收了水膜蒸发的水蒸气,焓值和湿度均增加,其变化过程如图1所示.冷凝器测试台架结构如图2所示.为了增强机组冷凝效果,实验测试时在板片间隙中加入了蜂窝结构填料.

　　2 测量参数

　　1)实验时间,环境干球温度t0,环境湿球温度ts;

　　2)冷凝器冷却水温度tcw,冷凝压力pc,冷凝温度tc;

　　3)冷凝器空气进口风速vci,干球温度tcig,湿球温度Tcis;

　　4)冷凝器空气出口风速vco,干球温度tcog,湿球温度tcos;

　　5)冷凝器风道进口长A、宽B,风机盘管出口1、2的长a和ac、宽b和bc;

　　6)风机盘管进口干球温度tfig,湿球温度tfis;

　　7)风机盘管出口风速Ufo1、Ufo2,干球温度tfog,湿球温度tfos;

　　8)系统输入总功率Pi,压缩机输入功率Pci.

　　3 数据分析

　　通过对图2所示的实验平台对以上数据进行测量,经过分析冷凝器进口处空气参数和冷却水水温给整个系统的能效比带来的影响,得出管板式换热板片的热流密度与空气参数的关系图和管板式换热板片的热流密度与冷却水水温的关系图,从而得出换热板片的换热特性,为设计理想的蒸发式板片冷凝器的试验模型提供参数.下面通过性能曲线图来具体分析.

　　3.1 制冷量与系统能效比以及COP值的关系