高密度潜热输送是载冷剂冷量输送过程中的一项重要节能技术,与显热输送相比,通过提高载冷密度来大幅降低冷量输送功耗,以达到显著节能效果。适用于制冷空调领域的潜热输送介质主要有冰浆、包络化合物浆、相变乳液等,由于目前的制取方法都无法满足输送的经济性要求,如何提高输送介质中可相变固相颗粒的含量成为潜热输送技术实用化的关键。　　 本文以冰浆为对象,在工业上常用的水力旋流器基础上研发在线式连续浓缩技术及装置。搭建冰浆浓缩实验平台,并建立水力旋流器的理论模型及数值计算方法,探索旋流分离特性及机理,研究最优结构比例,给出旋液式冰浆浓缩器的设计准则。　　 首先,采用大涡模型(LES)对旋流器内部流场进行数值计算,设计正交试验研究溢流管直径Do、底流口直径Du、溢流管插入深度Lo、圆柱长度Lc和圆锥锥角θ对旋流器阻力特性及分离性能的影响,进一步考察了圆锥锥角和入口形状对旋流器内部流场的影响,并在实验平台上对优化结构进行验证。结果表明:溢流管直径与底流口直径的比值对流量分配起着决定性的作用;比值越小,则溢流比越小,与此同时颗粒回收率减小。轻分散相颗粒主要在圆柱段完成分离,增加圆柱段长度有利于提高颗粒回收率。增大溢流管插入深度有助于减小溢流比和提高小粒径颗粒的回收率。单锥旋流器的锥角越小,内部切向速度和压力损失越小,同时颗粒停留时间增大,有利于较小颗粒的回收;与单锥旋流器相比,双锥旋流器可获得较大的分离能力,但同时压力降增大。旋流器采用矩形入口或圆形入口对其性能的影响很小。获得适用于冰浆浓缩的旋流器最优结构比例为Do/D=0.172、Du/D=0.24、Lo/D=0.8、Lc/D=1.5、θ=-20°/6°。　　 接着,采用离散相模型(DPM)追踪不同粒径颗粒的运动轨迹,研究不同进口流量及进口颗粒浓度下旋流器的浓缩性能。结果表明:颗粒粒径越大,分离效率越高;随着进口流量的增大,旋流器的压力降急剧增大,同时分离能力加强,而内部流型基本保持不变,使得浓缩倍率增大;随着进口颗粒浓度的升高,小粒径颗粒的分离效率有所下降。　　 随后,在闭式系统实验平台上,针对优化得到的旋流器结构进行研究,并与开式系统进行比较。并分别对开式系统和闭式系统中旋流器的内部流场进行计算,其中开式系统中采用流体体积法(VOF)引入空气柱。结果表明:运行在闭式系统中的旋流器,空气柱的位置被聚集到中心的冰柱所代替。在压降比等于1的条件下,闭式系统中旋流器的压力降略小于开式系统,而溢流比和颗粒回收率远小于开式系统,使得浓缩效果不佳。闭式系统中随着压降比的增大,旋流器的溢流比和颗粒回收率均增大;压降比等于1.2时,旋流器的浓缩倍率达到最高。分析内部流场可知,开式系统中由于空气柱贯穿整个旋流器,使得向上的轴向速度区贯穿整个旋流器。而闭式系统中,向上的回流结束得早,并没有贯穿整个旋流器,使得汇集到中心的冰柱无法全部从溢流管排出。　　 最后利用停留时间理论,对轻相分离机理进行探索。通过理论分析与推导获得旋流器的压力降表达式及分割粒度表达式。并拟合出粒级效率曲线,给出浓缩倍率计算方法。针对优化得到的旋流器结构比例,给出具体的选型设计方法。