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在现代社会中,制冷技术的应用已涉及到国民经济的各个部门和人们的日常生活。我国水资源匮乏,尤其在近年来电力资源日趋紧张的局势下,对制冷系统的节能有了更高的要求,从而促进了高效节能型换热设备的研制和应用。蒸发式冷凝器将早期的凉水塔和冷凝器合二为一,提高了换热效率并减少了占地面积,在制冷系统中得到了快速的应用和推广,随着能源问题和资源问题的日益突出,新型高效节能型蒸发式冷凝器的研制开发也势在必行。
换热盘管是蒸发式冷凝器的关键部件,其换热效率的高低和使用寿命的长短严重影响着整套冷凝器设备,乃至整个制冷系统。本文在蒸发式冷凝器传热传质理论研究的基础上,着重分析了换热盘管的传热传质过程和数学模型,给出了参数条件和传热传质经验计算公式。并在传热传质理论分析基础上,建立了蒸发式冷凝器换热盘管可视化实验台和蒸发制冷系统实验台,一方面借助高精度拍摄工具,通过可视化实验对比分析了由Ф27×2.5的圆管以及由该圆管加工而成的扭曲管和椭圆管三种管型和换热盘管布置方式,并通过冷却实验和冷凝器性能实验对可视化实验结果进行了验证。另一方面将表面处理技术应用到蒸发式冷凝器换热盘管防腐和强化传热研究中,并进行了相关实验测试。
通过对不同管型的换热管管外水膜分布的可视化实验研究可知,在相同喷淋水量下,扭曲管表面能获得最好水膜分布效果,且测得管表面水膜脱落速度最快,椭圆管次之,增大了空气和水膜之间热质交换面积,减小了水膜热阻,达到提高蒸发式冷凝器整体换热性能的目的,并在扭曲管表面水膜分布规律研究的基础上对扭曲管布置方式进行了分析。
本文通过冷却实验测试分析了三种管型的换热盘管在相同喷淋水量、风速下管内热水温度随时间的变化,同时对各管型管内热水在相同温降下所需时间进行了比较,结果表明扭曲管的冷却效果最好,椭圆管次之,并得出扭曲管在四种管间距下横向间距为65mm,纵向间距为43mm时能获得最好换热效果。冷凝器性能实验中,分析了采用三种管型的换热盘管情况下,喷淋密度、风速和入口空气湿球温度对系统换热效果的影响,结果表明相对于椭圆管和圆管,扭曲管能得到最大制冷量和热流密度,冷却实验和冷凝器性能实验结果相符。
最后,研究了蒸发式冷凝器换热盘管热浸锌防腐处理和表面亲水涂层强化传热,并进行了涂层表面性能和传热性能分析,得出了相关测试结果,结果表明换热盘管整体热浸锌处理能有效达到换热盘管的防腐,亲水涂层能有效强化盘管的换热性能。