盘管蓄冰式喷淋预冷装置蓄放冷特性研究

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改革开放以来,人们对能源的需求剧增,高峰期电力供应不足,低谷期过剩的矛盾愈加突出。同时,随着生活水平的提高,人们对果蔬品质的要求越来越高。蓄冷技术,利用蓄冷介质的显热或潜热特性,可实现在电网负荷低谷时段储存由制冷机组产生的冷量,并在电力负荷高峰时段或电力资源紧张的地区释放冷量,满足相应的冷负荷需求,从而达到削峰填谷、降低成本和平衡电网负荷的作用。产地预冷技术,可保证在田间对采后的农产品及时进行预冷作业,减少田间热,提高贮藏品质,减损降耗,从源头保证食品品质。本课题主要研发一种基于盘管蓄冰技术的果蔬产地预冷装置,研究其各工况运行特性,以实现高效节能的果蔬产地预冷作业。本文采用理论分析与试验研究的方式,对设计的喷淋预冷装置进行探究。根据国内外相关领域现有成果,对装置进行蓄冷、释冷及各工况下漏冷过程冷量模型的建模求解,并分别对其进行传热分析和冷量表征计算。搭建盘管冰蓄冷果蔬喷淋预冷试验平台,研究不同蓄水初温、蓄冷时长参数对装置蓄冷特性的影响;研究不同喷淋流速、负载量、初始冷量对装置喷淋释冷特性的影响;总结分析不同运行参数对装置蓄冷和释冷过程冷量泄漏特性的影响。主要研究内容和结果如下:(1)蓄冷特性:进行不同初始水温、蓄冷时长对装置蓄冷量、蓄冷速率、蓄冷能效等相关参数的影响。依据试验结果与理论分析可得:装置蓄冷作业初始水温与蓄冷量和蓄冷能效都呈线性关系,随蓄水初温降低,装置的蓄冷量和蓄冷能效呈增大趋势,但蓄冷速率先增大后减小;6 h为临界蓄冷时间,装置进行蓄冷作业时单次蓄冷时间取6 h蓄冷过程有较高的蓄冷速率和能效比。(2)释冷特性:以荔枝“桂味”为试验材料,研究了喷淋流速、负载量和初始冷量等相关参数的影响。试验结果表明:依据喷淋预冷过程箱内水温变化,可将该装置荔枝喷淋预冷分为三个阶段:初始阶段(水温0~2.5℃)、稳定阶段(水温2.5~4.8℃)、结束阶段(水温4.8~7℃)。各喷淋流速条件下预冷速率:初始阶段>稳定阶段>结束阶段;初始阶段,不同流速条件预冷速率相近,随流速增大冷量利用率越小;同时,随流速增加装置单位能耗效益呈线性减小趋势;随负载量增大,预冷效率和冷量利用率先增大后减小,试验取负载23 kg时有较优的预冷速率和冷量利用率。(3)漏冷特性:对平台进行蓄冷过程与喷淋释冷过程冷量泄漏特性试验。结果表明:蓄冷过程初始蓄水温度较低,冷量泄漏随时间线性增加规律较明显。同时,蓄冷时长大于6 h后漏冷量、漏冷速率和漏冷占比都明显增大;喷淋释冷过程,随喷淋流速增大漏冷量不断增大;随单次喷淋负载量的增大,装置释冷过程冷量泄漏呈先减小后增大的二次函数曲线规律,负载量23 kg时冷量泄漏有较小值。各工况下装置喷淋水漏冷为主要漏冷方式,约占总漏冷量的80%,优化装置减小喷淋过程喷淋水与空气的换热,可有效减小装置释冷过程的漏冷,提高装置经济效益。
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