自然分層水蓄冷技術(shù)

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1、自然分層水蓄冷技術(shù)華東工業(yè)人學(xué)能源工程研究所殷亮*劉道平*200093上海市軍工路516號28號信箱1、水蓄冷的方法水蓄冷是利用水的顯熱實現(xiàn)冷量的儲存。因此，一個設(shè)計合理的蓄冷系統(tǒng)應(yīng)通過維持盡可能大的蓄水溫差并防止冷水與熱水的混合來獲得最大的蓄冷效率。在水蓄冷技術(shù)中，關(guān)鍵問題是蓄冷罐的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能防止所蓄冷水與I叫流熱水的混合。為實現(xiàn)這一1-1的，1-1前常用的有以下幾種方法：1.1多蓄水罐方法。將冷水的熱水分別儲存在不同的罐中，以保證送至負(fù)荷側(cè)的冷水溫度維持不變，多個蓄水罐冇不同的連接方式，一種是空罐方式。如圖la,它保持蓄水罐系統(tǒng)中總冇一個罐在蓄冷或放冷循環(huán)開始時是空的

2、。隨著蓄冷或放冷的進(jìn)行，各罐依次倒空。另一種連接方式是將多個罐串聯(lián)連接或?qū)⒁粋€蓄水罐分隔成幾個相互連通的分格。如圖lb,圖中示出蓄冷時的水流方向。蓄冷時，冷水從第一個蓄水罐的底部入口進(jìn)入罐中，頂部溢流的熱水送至第二個罐的底部入口，依次類推，最終所冇的罐中均為冷水；放冷時，水流動方向相反，冷水由第一個罐的底部流出?；亓鳠崴畯淖詈笠粋€罐的頂部送入。由于在所冇的罐中均為熱水在上、冷水在下，利用水溫不同產(chǎn)生的密度差就可防止冷熱水混合。多罐系統(tǒng)在運(yùn)行時其個別蓄水罐可以從系統(tǒng)屮分離出來進(jìn)行檢修維護(hù)，但系統(tǒng)的管路和控制較復(fù)雜，初投資和運(yùn)行維護(hù)費作較高。1.2迷宮法。釆用隔板把水蓄水槽分成

3、很多個單元格，水流按照設(shè)計的路線依次流過每個單元格。圖2所示為迷宮式蓄水罐中水流的路線。迷宮法能較好地防止冷熱水混合。但在蓄冷和放冷過程屮冇一個是熱水從底部進(jìn)口進(jìn)入或冷水從頂部進(jìn)口進(jìn)入。這樣易因浮力造成混合；另外，水的流速過高會導(dǎo)致擾動及冷熱水的混合；流速過低會在單元格中形成死區(qū)，降低蓄冷系統(tǒng)的容量。1.3自然分層法。利用水在不同溫度下密度不同而實現(xiàn)自然分層。系統(tǒng)組成是在常規(guī)的制冷系統(tǒng)中加入蓄水罐，如圖3a所示。在蓄冷循環(huán)時，制冷設(shè)備送來的冷水由底部散流器進(jìn)入蓄水罐，熱水則從頂部排出，罐中水量保持不變。在放冷循環(huán)中，水流動方向相反，冷水由底部送至負(fù)荷側(cè)，冋流熱水從頂部散流器

4、進(jìn)入蓄水罐。圖3b是蓄冷特性曲線圖?？v坐標(biāo)為溫度，橫坐標(biāo)為蓄水量的百分比。A、C分別為放冷循環(huán)時制冷機(jī)的【叫水和出水特性曲線;B、D分別為蓄冷循環(huán)時制冷機(jī)的回水和出水特性曲線。一般用蓄冷效率來描述蓄水罐的蓄冷效果。蓄冷效率的定義是蓄冷罐實際入冷量與蓄冷罐理論可用蓄冷量之比，UP：蓄冷效率=（曲線A與CZ間的面積）/（曲線A與DZ間的面積）-般來說，自然分層方法是最簡單，冇效和經(jīng)濟(jì)的，如果設(shè)計合理，蓄冷效率可以達(dá)到85%-95%o圖四所示為蓄冷罐和斜溫層內(nèi)溫度變化簡圖。斜溫層是冷水與熱水Z間的溫度過渡層。明確而穩(wěn)定的斜溫層能防止冷水與熱水的混合，但斜溫層的存在降低了蓄冷效率。

5、蓄冷系統(tǒng)能否在高效率系統(tǒng)能否在高效率下保持正常而穩(wěn)定的工作主要取決于頂部和底部散流器的設(shè)計和蓄水罐的設(shè)計。散流器用于均布進(jìn)入罐中的水流，減少擾動和対斜溫層的破壞。1.4隔板法。在蓄水罐內(nèi)部女裝一個活動的柔性膈膜或一個可移動的剛性隔板，來實現(xiàn)冷熱水的分離，通常隔膜或隔板為水平布置。這樣的蓄水罐可以不用散流器，但隔膜或隔板的初投資和運(yùn)行維護(hù)費用與散流器相比并不占優(yōu)勢。2散流器的設(shè)計自然分層的蒂水罐需要用散流器將水平穩(wěn)地引入罐中，依靠密度差而不是慣性力產(chǎn)生一個沿罐底或罐頂水平分布的重力流，形成一個使冷熱水混合作用盡量小的斜溫層。在0-20°C范圍內(nèi)，水的密度差不大，形成的斜溫層不

6、太穩(wěn)處。因此耍求通過散流器的進(jìn)出口水流流速足夠小，以免造成斜溫層的擾動破壞，這就需要確定恰當(dāng)?shù)腇r數(shù)和散流器進(jìn)口高度h,確定合理的Re數(shù)來避免斜溫層品質(zhì)的下降。歸數(shù)是表示作用在流休上的慣性力與浮升力之比的無因次準(zhǔn)則數(shù)。Y00等人也證實：Fr<=l時，浮升力大于慣性力，可很好地形成重力流；Fr數(shù)的定義由下式給出下式給出：Fr=Q/L[gh3i(Pi-Pa)/Pa]1/2式中Q為最大進(jìn)口流量，m3/s;L為散流器冇效長度，m；g為重力加速度，m/s2；hi為最小進(jìn)口高度，m；Pi為進(jìn)口水密度，Pa為罐內(nèi)水密度，Kg/m3；對于確定的流量和散熱器長度，通過Fr數(shù)可以確定所需的進(jìn)口

7、水高度。進(jìn)口高度II的定義參見圖4及圖5,進(jìn)口高度h的選擇必保證Fr數(shù)不大于20Wildin和Truman通過試驗證明，較低的進(jìn)口Re數(shù)有利于減小斜溫層進(jìn)口側(cè)的理想的分層效率，進(jìn)口Re數(shù)在240-280時能収得理想的分層效果。Re數(shù)的定義由下式給出；Re=q/v(2)式中q為散流器單位長度上的流量，m3/s；v為進(jìn)口水的運(yùn)行粘度，m2/s。對于確定的流量，可以通過調(diào)整散流器的有效長度得到所需的Re數(shù)。在設(shè)計中耍注意散流器的開口方向，盡量減少進(jìn)水對罐中水的擾動。通常頂部散流器的開口方向朝上，避免有冑接向下沖擊斜溫層的