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間接蒸發冷卻用氣-水霧化噴嘴特性實驗研究點擊：1938 日期：[ 2014-04-26 21:53:30 ] |
| 間接蒸發冷卻用氣-水霧化噴嘴特性實驗研究 何葉從 鄒國榮1,2 肖益民1 付祥釗1 鐘星燦3 (1重慶大學城市建設與環境工程學院,重慶 400045;2.西南科技大學,綿陽 621010;3.中鐵二院集團有限責任公司,成都610000) 摘要：為了提高間接蒸發冷卻器換熱效率,提出了將氣-水霧化噴嘴應用于間接蒸發冷卻器改進換熱器表面水膜的均勻性,實驗研究了扇形兩相(氣-水)噴嘴在不同空氣壓力和水壓下的特性,測出了不同壓力時噴嘴霧化角和氣水質量流量值,得出了其變化規律,確定出了最佳的噴霧氣水壓力比和霧化角等參數。 關鍵詞：間接蒸發冷卻;霧化特性;噴嘴;霧化角 中圖分類號：TU83 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7329(2008)06-0124-04 現有的間接蒸發冷卻計算模型都是基于間接蒸發冷卻器表面水膜完整、均勻的重要假設[1-12],但是,由于表面張力的作用,換熱器表面形成的水膜遠遠談不上完整、均勻,因此,換熱器換熱效率低[13]。 為了改善換熱器表面水膜的均勻性,提高換熱效率,黃翔[14]教授研究了改進布水器結構型式和包覆吸水性材料兩種方式的布水效果、結果表明換熱器表面潤濕系數增大,提高換熱器熱質交換效率。朱冬生[15]教授實驗研究了扭曲管和管外親水處理的水膜分布情況,研究發現能獲得較好的水膜分布。以上幾種方法可以一定程度上改善換熱器表面水膜均勻性,提高換熱性能,但都不可避免要增加熱阻,長期使用后形成的水垢必然影響包覆吸水性材料的性能,不能從根本上解決換熱器表面水膜均勻性的問題,因此,本文提出將氣-水霧化噴嘴運用于間接蒸發冷卻技術,通過特殊的裝置在換熱器表面形成均勻水膜強化換熱,實驗研究噴嘴噴霧氣水比、霧化角等重要參數,為氣-水霧化噴嘴運用于間接蒸發冷卻器提供基礎數據。 1 實驗系統 噴嘴霧化機理是利用高速氣流使液膜產生分裂壓縮空氣與液體的速度差使氣體和液體之間產生摩擦力和剪切力,液體在瞬間被撕裂成一條條細絲,在較細處很快斷裂,形成微小霧滴。為保證霧化粒徑均勻霧化角盡可能大,選取兩流體內部混合式氣水霧化扇形噴嘴進行研究,如圖1所示: 將氣-水霧化噴嘴應用于間接蒸發冷卻的關鍵在于通過特殊裝置將由氣-水霧化噴嘴霧化的水均勻的噴至換熱器表面,形成均勻水膜,噴嘴性能對換熱器表面水膜狀態有決定性的影響,它受噴霧壓力、噴霧流量、霧化角、噴嘴口徑等參數的影響,因此本文建立了如圖2所示實驗系統,測試扇形氣-水霧化噴嘴性能。 實驗用水作為噴霧液體介質,用水泵對水提升加壓,提供所需的壓力,用空氣壓縮機提供壓縮空氣作為氣體介質。為了能夠靈敏地調節噴霧介質流量,閥門均采用針型閥,采用轉子流量計(LZB-10和LZB-25)和精密壓力表(0.04級)分別測量噴霧水的壓縮空氣的流量及壓力,采用700萬相素數碼相機連續拍攝霧化圖片。 由于風速的影響,間接蒸發冷卻用氣水霧化噴嘴霧化粒徑不宜太小,本文以水膜狀態評價噴霧效果。因此,實驗中在水壓分別為0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa時調節壓縮空氣壓力(0.1 MPa、0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa、0.3 MPa)進行測試,記錄每組實驗所測得的流量,并根據流量計使用手冊修正,同時采用固定在噴霧扇形面水平垂直線上的數碼相機連續拍下5張霧化圖片,然后調整水壓為0.15 MPa、0.2 MPa、0.25 MPa時重復上述實驗,得出實驗數據。 2 實驗結果分析與討論 2.1 最佳氣水比 噴霧水膜分布最均勻時的氣水比即為最佳氣水比,本文通過對不同氣水壓力時測得的實驗數據擬合,得到如圖3所示氣-水霧化噴嘴最佳氣水質量比曲線,相應的典型霧化圖及水膜狀態如圖4、5所示: 在圖4、5中,a)、b)、c)分別為實驗時最小氣水壓力比、中間比例的氣水壓力比和最大氣水壓力比時的霧化圖。通過實驗觀察對比發現,當氣水壓力比較小時,噴嘴霧化效果較差,換熱器表面形成水流;當氣水壓力比較大時,霧化效果很好,霧粒直徑很小,但在換熱器表面很難形成水膜;而在圖2(b)相近的壓力條件下噴嘴噴出的水霧不僅效果好,而且很均勻的附著在換熱器表面。 如圖3所示,氣水壓力比在1.5~2.0之間,氣水質量比則為1.5~3.0,當噴嘴的實際噴霧效果最好時(噴嘴噴出的水霧能在換熱器表面形成均勻的水膜),質量比過小很難形成均勻的水霧,而過大則又很難附著在換熱器表面,因此可以認為壓力比Pg/Pl=1.5~2.0及質量比為Mg/Ml=1.5~3.0時為該扇形噴嘴霧化的最佳氣水比。 2.2 噴霧壓力與霧化角的關系 3.2.1 霧化角和最佳霧化角 噴嘴的噴霧面積由噴嘴的霧化角決定,霧化角越大,噴霧面積越大,本文采用圖像法近似求得霧化角,如圖6所示,在噴嘴的出口作霧化邊界的切線,兩根切線的夾角即為霧化角(α),噴霧水在噴霧圖上分布最均勻時的霧化角即為最佳霧化角。 3.2.2 最佳霧化角 利用圖6所示的方法處理各組實驗噴嘴霧化圖像,求出霧化角平均值,得到該組氣水壓力比時的噴嘴出口霧化角,各實驗工況的出口霧化角隨噴霧氣水壓力變化如圖7所示。 由圖7可知,隨著氣水壓力比增大,噴嘴霧化角先減小后增大,其原因在于空氣壓力增大到一定程度時,與水壓作用達到一穩定平衡值,噴霧面上噴霧水分布最均勻,霧化角達到極小值,當空氣壓力繼續增大時,破壞該平衡使霧化角增大,但霧化角邊緣主要流體為空氣,含水量極小,此時,噴霧水分布極為不均,由噴霧中心向外側急劇減小,因此,圖7中噴霧角極小值為最佳霧化角,在本文實驗條件下,噴霧氣水壓力比在1.5~2.0范圍內(即確定的最佳氣水比范圍)時所對應的實驗扇形噴嘴出口霧化角最小,其角度約為131°,霧化氣水比達到最佳區,噴霧效果最好,因此有效的噴霧面積最大。 3 結 論 通過對扇形氣-水霧化噴嘴在不同氣水壓力比條件下進行實驗,得出了最佳的噴霧氣水壓力比在1.5~2.0、質量流量比在1.5~3.0的范圍之內,噴嘴噴霧效果最好,噴霧水在換熱器表面形成均勻的水膜,在最佳氣-水比區內噴嘴噴嘴有效噴霧面積最大,為將氣-水霧化噴嘴運用于間接蒸發冷卻技術及其他領域提供基礎數據,在新型間接蒸發冷卻器研究方面起到重要指導作用。 參考文獻:略 |
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