基本信息
- 项目名称：
- 金属切削丝扩展表面强化冰蓄冷结冰率的实验研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本课题的主要内容是利用机床加工工件切削所废弃的金属丝（如铜丝、铝丝或不锈钢丝等），以某种简单的方式将这些金属丝网与蓄冷装置的外管壁稳定的结触。根据传热学理论，可知通过金属丝网的导热可强化蓄冰或融冰传热过程，提高蓄冰率或融冰率。该技术的最大特点是，利用废弃的廉价金属丝网作为蓄冷装置外管壁的扩展表面，在装置投资成本增加不多的前提下，可有效地提高蓄冰率或融冰率。
- 详细介绍：
- 本课题的主要内容是利用机床加工工件切削所废弃的金属丝（如铜丝、铝丝或不锈钢丝等），以某种简单的方式将这些金属丝网与蓄冷装置的外管壁稳定的结触。由于外管壁与0 ℃水的温差在5度左右，而冰的导热系数仅为2.24 w/mk左右，金属丝网的导热系数可达20- 100 w/mk，是冰的10到50倍；根据传热学理论，可知通过金属丝网的导热可强化蓄冰或融冰传热过程，提高蓄冰率或融冰率。该技术的最大特点是，利用废弃的廉价金属丝网作为蓄冷装置外管壁的扩展表面，在装置投资成本增加不多的前提下，可有效地提高蓄冰率或融冰率。 本课题是对废弃金属丝网应用于扩展光管外表面强化传热蓄冰进行实验研究，观察金属丝强化冰蓄冷传热的现象，通过与光管冰蓄冷装置对比，得到金属丝强化冰蓄冷传热的实验结果及实验分析，对实际工程的应用及深入研究提供可靠性的实验依据。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：本技术就是试图找到一种对盘管蓄冷和放冷有较好强化作用并且廉价的方式。 基本思路：采用金属丝，将其以某些方便的方式加装到盘管的表面，以达到强化作用。
科学性、先进性及独特之处
- 科学性、先进性：理论上证明增加金属丝网后的盘管的确要比无金属丝的盘管在蓄冰过程中传热系数要大。 独特之处：创造性的引入了廉价的金属切削丝作为强化传热的材料。
应用价值和现实意义
- 实际应用价值：利用废金属丝强化盘管冰蓄冷过程，被废为宝，该技术具有社会和经济双重效益。 现实意义：减少冰蓄冷系统的初投资和运行费用，达到很好的节能减排的效果。
学术论文摘要
- 本研究是基于废弃的廉价金属丝具有很高的导热性能，将其作为蓄冷装置外管壁的扩展表面。在系统装置投资增加不多的情况下，与传统的蓄冰方式相比，在蓄冰速率和蓄冰量方面都有很大的提高。本文设计并建立的一套采用金属丝强化蓄冰的可视化实验系统，利用实验研究的方法分别对光管外扩展铝丝和铜丝的蓄冰效果进行了研究。实验中以光管蓄冰为实验对照组，通过改变金属丝缠绕的体径比、金属丝网材质、金属丝的缠绕方式以及冷媒的温度，分别得出不同缠绕体径比、不同金属丝、不同的缠绕方式及不同冷媒温度对蓄冰的影响。 对所得到的实验数据进行了蓄冰量、蓄冷量、丝化比以及蓄冰增长率等方面的处理，分析缠绕金属丝强化对蓄冰的影响，并得出相应的研究结论。 通过实验结果分析，铝丝缠绕的最佳体径比为2.12，其蓄冰增长率为20.1%；铜丝缠绕的最佳体径比为3.82，其蓄冰增长率为15.1%；蓄冷量也有相当大的提高，为金属丝扩展表面强化蓄冰的实验研究和工程上的应用提供了可靠的依据
获奖情况
- 参加第十二届“挑战杯”中国大学生课外学术科技作品竞赛省会赛区
鉴定结果
- 第十二届“挑战杯”中国大学生课外学术科技作品竞赛省会赛区荣获二等奖。
参考文献
- [1]朱颖心、张雁.内融冰式并盘管蓄冷槽传热性能研究.用用基础与工程科学学报，1999.9 [2]叶水泉、陈国邦、邱利民.盘管式储冰装置设计的理论分析.低温工程.2001.2 [3]李强.塑料盘管蓄冰及其强化传热的实验研究，北京工业大学硕士论文 [4]Yoshio HIRASAWA、Eisyun TAKEGOSHI、Akio SAITO.An Experimental Study on Melting Process of Ice Containing Conductive Copper Solids.Toyama University 3190 Gofuko、Toyama 930,Japan [5]Victor Sanjit Nirmalanandhan. Heat Transfer Augmentation for External Ice-on-Tube TES Systems Using Porous Copper Mesh to Increase Volumetric Ice Production. University of Cincinnati, Cincinnati, Ohio.2004
同类课题研究水平概述
- 国内研究概况：（一）应用数值方法建立静态和动态蓄冷槽的数值模型研究和性能预测清华大学的朱颖心、张雁研究了内融冰冰盘管蓄冷槽的传热性能[10]，建立了传热性能的动态模型，尤其对取冷过程进行详细而全面的分析，建立内融冰盘管放冷过程的偏心模型，比同心圆模型更能准确的反应出内融冰盘管蓄冰槽的传热机理。（二）新型相变材料的研究共晶盐是目前应用较为广泛的相变材料，由于共晶盐具有较高的相变温度，这个特点解决了冰蓄冷系统主机效率较低的问题，但是共晶盐的蓄冷密度低，不足冰蓄冷的50%。寻找一种既有较高相变温度，又有较高蓄冷密度的新型相变材料是当前的研究热点。（三）蓄冷的传热强化研究在冰蓄冷系统结冰过程中，随着冰层的增厚，冰层传热热阻不断增加，成为阻碍结冰过程的主要因数。对于强化传热的研究一直都是人们关注的焦点。杭州华源人工环境工程公司的叶水泉、叶招发，浙江大学的朱华、冯踏青、张展望、袁海等人对蓄冷空调用蕊芯冰球进行了实验研究[11]。以实验比较了双金属蕊芯冰球、无金属蕊芯冰球及不加速冻剂的冰球,得出的结论是，双金属蕊芯冰球冻结时间缩短1/3 ～ 1/2,加速冻剂的配方溶液成核点温度较低,且在成核点以下冻结速度明显快于水。 国外研究概况：（一）Yoshio HIRASAWA研究了在蓄冰槽中加入铜圈和铜丝网对融冰过程的影响。实验中采用了如图所示的实验系统，蓄冰槽的上面是一个恒温热板，用于提供融冰所需的热量，蓄冰槽的下面是一块恒温冷板，冷板下面通有低温乙二醇，使蓄冷槽的水制成冰，以便于研究融冰的过程。（二）辛辛那提大学的Victor Sanjit Nirmalanandhan对铜丝网扩展表面的管外结冰过程进行研究。其研究内容主要包括以下几部分：（1）建立数学模型，利用传热学数值计算，在假设传热增加量的情况下，得出金属丝网对结冰的影响。（2）利用实验研究的方法，对比相同条件下丝网扩展表面上的铜管蓄冰与光管蓄冰在不同温度参数和载冷剂流量下的蓄冰量。（3）在相同的条件下，利用数学建模计算出的理论换热增加量与实验得出的换热量进行对比分析。
