《蒸发式空冷器换热性能的优化》-工学论文，工业技术论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

蒸发式空冷器换热性能的优化

范文

段瑞娇

摘要：蒸發式空冷器由循环水泵、风机、换热盘管等部分构成，属于内部相互关联的复杂系统，及时进行蒸发式空冷器换热性能的优化具有较高重要价值。该文基于传统蒸发空冷器结构，结合传热传质原理等进行了探讨，从3种结构优化的角度出发进行改造设计，旨在提高空冷器的换热性能。同时改造后设备操作方便、噪声降低，具有良好的发展前景。新型高效节能产品具有更高的经济效益、社会效益和环境效益。

关键词：换热温差；蒸发式空冷器；换热性能

中图分类号：TQ051 文献标志码：A

1 蒸发式空冷器概述

蒸发式空冷器将空气冷却器和管式喷淋水冷却器融为一体，借助盘管外端水膜和其表面的对流空气实现换热，对流空气可快速带走水膜中热量，属于汽化放热过程，保证管外传热满足预期要求，提高了其传热效率。空冷器从结构方面出发，具有操作稳定、节水节能的优势，当下国家大力推广绿色节能项目的开发，因此蒸发空冷器的发展前景十分广阔，为此，及时加强高性能空冷器的研发具有重要的价值，具有良好的节能降耗效果，同时可为新设备的研发提供一定参考价值。

图1为复合型高效蒸发空冷器的结构图，其工作原理为：借助循环水泵将冷却水运送至喷水装置，喷洒后液体在惯性作用下会从最高点下落，液体和喷淋设备内部填料充分接触后便可在填料表面形成水膜。重力作用下水膜会流向蒸发盘管外表面，在管子外表面形成的水膜吸收热量并最终流向回收水槽，完成整个循环。该过程中，风机作用下会增加管子表面迎面风速。冷却水在管壁位置发生蒸发，将管内高温冷凝冷却介质的热量带走，同时与管外向上流动的空气发生对流换热。考虑到水汽化潜热较高，蒸发盘管外表面的蒸发换热会具有较高的换热效率。波纹填料作用下，空气和冷却水的接触面积增加，盘管外表面液膜稳定得到明显下降，从而实现换热过程。蒸发结构中捕雾器可降低冷却水的损失，水雾也会降低干冷管翅片和相邻设备的腐蚀程度。换热过程中，室外空气先和蒸发管下排翅片管接触，受表面水膜传热作用后，湿度增加、温度下降，换热环节中对应温差较高，具有显著的换热效果，吸收换热盘管和冷却水的热量一般会从出风口排出。

2 优化换热性能的措施分析

2.1 基本原理

该文针对蒸发式空冷器换热性能进行优化，将传热效果作为目标函数，介质流速、环境温度、喷水密度等看作变量。结合热力学第二定律，对蒸发式空冷换热器进行换热性能的分析，将冷却水、介质间的传热传质看作一个可逆的熵增过程。考虑到热量、阻力属于不同的物性表达形式，因此可借助熵产过程来进行能量比对。借助熵增分析将温差、压力差有效联系起来，实现对蒸发式空冷器换热效果、评价指标的合理分析，这是空冷器换热性能优化环节中的重大突破。

2.2 结构优化方案

为了提高蒸发空冷器的换热性能，需要从管内冷凝介质和关外冷却水、空气的温差方面进行分析，一般被冷却介质的入口温度不会发生变化，因此从优化角度出发来降低冷却水和空气的温度。具体结构优化方法分析如下。

首先，喷淋装置优化。传统蒸发空冷器中一般采用单排喷嘴进行处理，且逆喷效果高于顺喷；如果采用两排喷嘴进行处理，对喷效果更优，原因在于两排对喷时，喷淋冷却水可更均匀地将水膜覆盖在盘管段。该文针对喷嘴方向进行了优化处理，所有喷嘴采用上喷处理。冷却水从喷嘴喷出后，在重力作用下会更加均匀地覆盖在填料处，部分水受风量运动影响，可能会向上运动，与捕雾器接触后会汇聚成液滴，随后在重力作用下还会落回填料处。

该喷水模式下，喷淋水和填料的冲击作用会有所降低，同时冷却水和填料相互作用的噪声降低，下部填料的存在可降低上喷模式下冷却水不能全面覆盖的问题。一般状况下，冷却水的污垢杂质等主要囤积在喷淋管底部，上喷模式下喷嘴阻塞概率降低，必要时可在喷淋管末端设置一个排污阀，定期对喷淋管进行清污处理可提高设备运行通畅性。此外，上喷处理模式下，喷出液滴在惯性力、空气流通作用下，其轨迹类似于抛物线状，与下喷相比，可显著增加液滴和空气流接触时长。此时液体周边蒸汽分压会高于空气内部的蒸汽分压，一定程度上会增加液体蒸发速度，后期换热中温差会进一步增加，从换热角度出发，热交换效果大幅提高。

其次，填料增膜改进。填料可借助低阻力、耐腐蚀的GLASdek材料，主要成分是树脂浸泡后的玻璃纤维。改造后在喷淋段和蒸发段增设填料处理，冷却介质喷出后依次经过填料、盘管，在填料表面的水介质和流通空气发生换热传递，设置填料后可显著增加气液接触面积，对冷却水进行降温处理的效率更高，为后续与蒸发管的换热操作提供了差距更大的温差，换热效果大幅提升。

与有机填料、金属填料相比，无机填料吸水效果更好、阻力更低、热工稳定性大幅提高。借助无机填料可显著提高空气和水的接触面积，此时冷却水增发量显著增加、温度降幅较高，对后续换热温差会提供更优效果，一定程度上增加了盘管的换热效率。

再者，蒸发管段的优化。蒸发管的换热处理中，可借助总传热系数K来表征其换热过程。当换热量Q在一定的条件下，为了降低换热面积，必须增加设备的换热效果，即K。对于同一类型的蒸发空冷设备，相同流动状况下K不会发生明显改变，为此需要从结构设计方面进行优化来提高对数温差△tm。相关影响要素中：介质进出口温度是工艺参数决定，不可更改，为此可降低空气入口温度来增加对数温差。结合空气焓湿图分析可以看出相对湿度大、焓值一定的状况下，空气温度较低，为了进一步提高空气湿度，可借助低翅椭圆管来代替盘管下部的光管，增加水汽换热面积。这种形势下，冷却水会大量附着在翅片管的外表面处，降低了对气流的负面影响，空气和液滴“吹伞”现象形成的风阻也会明显下降，此时风量需求比降低，可降低风机功耗，节能作用明显。

3 结语

结合蒸发式空冷器的结构和换热原理进行分析后，对相关部分进行了全面优化，效果十分显著。改变喷水方向可显著降低噪声、合理布置无机填料可明显降低循环冷却时的温度，从而实现增加换热温差的效果；将蒸发盘管的下部光管替换为翅片管，可降低空气入口温度，提高换热效率。整个设备的风阻更小、节能效果突出，新型蒸发空冷器的现实意义十分突出。

参考文献

[1]朱康玲，于飞，戴建军，等.蒸发式空冷器强化传热性能[J].化学工程，2014，42（7）：37-41.

[2]郑大宇，于海峰，李想.蒸发式空冷器结构优化方案设计[J].冷藏技术，2015，6（2）：25-28.

[3]马义伟.空冷器设计与应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1998.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。