水滴在流动油介质中的碰撞特性研究

    1 前 言

    随着电力供应的高峰不足而低谷过剩的矛盾越来越突出，电力部等有关部门通过实行分时电价政策为冰蓄冷技术的应用创造良好的外部环境10目前所采用的蓄冰方式有以下几种2冰盘管式、完全冰结式、制冰滑落式、冰片式、冰球与蕊心冰球式等。在蓄冰过程中，冰层的厚度不断增加，总的热阻也在不断的增大，由此使结冰变得很缓慢。流体冰作为一种新型冰种在近年得到了快速发展，它是由冰颗粒构成，制冰过程在传热面上无冰层产生，实现流动换热，制冰过程的热力效率比传统制冰方式大大提高30本文所研究的内容基于一种新型制冰方式:把水雾化喷人到低温油介质中，由于该种制冰方式使水与冷却介质直接接触流动换热以及增加传热面积，大大减小了固体壁面上冰层导热热阻和换热效率。运用N-S方程和颗粒轨道模型对油的流场和雾化后水滴在油介质中的运动方式及其分布进行了数值模拟，研究了水滴在制冰通道中的动态分布及其运动轨迹特性，对影响水滴间发生碰撞的有关因素，如:油介质流速，水的雾化速度，水滴喷人密度，水滴的大小，油与水的初始温度等参数进行计算分析，得到相应研究结果。

    2 新型制冰系统的物理模型及假设条件

    2.1物理模型

      新提出的制取流体冰装置结构如图1所示，在该图中，冷却介质油先经蒸发器使其达到所要求的工艺温度，从制冰容器的人口端把油介质送人导油器，而水通过雾化喷嘴喷人制冰容器的油介质中，水滴在油的流动过程中被冷却，直至结成冰颗粒，生成的冰和油混合物流出制冰通道，经过过滤后送至冰槽进行蓄冷。

    2.2假设条件

    ①油的流场稳定，水颗粒在油介质中的运动不影响油的流场变化;

    ②喷嘴雾化形成的水滴在形成冰壳前发生碰撞就合并，形成一定厚度的冰壳后，颗粒之间发生完全弹性碰撞。体文中定性的冰壳厚度为颗粒半径长度的四分之一);

    ③雾化喷嘴喷人的水颗粒为球形，粒径符合止态分布。

    3求解方法和模拟条件

    3.1求解方法

    油介质流场运用Fluent6.0软件求解，计算出每一个网格单元的的速度矢量，喷人到流场中的水滴采用DPM模型，在某一时刻颗粒运动到制冰容器的某一位置，其相应网格点的流体对颗粒将产生一个携带力，在不同的位置将受到不同的力，颗粒由于受到携带力而产生加速度，并产生新的速度，从而产生位移，使水颗粒随着时间的变化，不断的向前运动，同时在初始阶段，由于表层的液体不会即刻就冻结成冰，水颗粒之间就会发生碰撞聚合，使两颗小水滴聚合成一颗较大的水滴。