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小尺度蒸发器的数值模拟

为了使差示电子扫描量热仪中加热炉迅速的从400℃以上的高温冷却到室温,预设了一套认为合适而使用小尺度蒸发器的单级制冷系统。为保障冷却过程中蒸发器内里温度场的平均性及冷却效果,利用CFD 经济活动软件,对该蒸发器内里流体的温度场施行数字摹拟,并对蒸发器外表温度施行了尝试勘测。尝试最后结果表明,蒸发器内壁面温度达到预设要求( - 35℃) ; 蒸发器整身体的温度度散布平均,轴向温差小于1℃; 摹拟最后结果与尝试勘测最后结果基本吻合。在此基础向上一步对该蒸发器施行了优化预设,将其内壁面改为斑纹面,认为合适而使用斑纹面的蒸发器与加热炉的换热空间内,被冷却空气的比例增大,空气出口温度表面化减低,冷却效果加强。

1、前言

  差示电子扫描量热仪( DSC) 是广泛应用于热力科学和动力学的研讨、事物的鉴定、材料热剖析、化学性质剖析等领域的一种热剖析摄谱仪。本文主要是对DSC 加热炉冷却降低温度过程展开研讨。加热炉作为DSC 的关紧局部,在其运行过程中,其温度每常要高达400℃以上。传统的DSC 并没有对加热炉设置冷却系统,在DSC 运行终了后,加热炉天然冷却到常温需求通过很长时期。

  到现在为止市面儿上用于DSC 的冷却形式主要有: 液氮制冷、压缩式制冷、迅速冷却杯制冷等。液氮制冷可以达到- 170℃,但需求液氮的任何时间提供,因此增加了保护困难程度,且操作复杂。迅速冷却杯制冷是一种手动冷却形式,经过向冷却杯中参加冰水、液氮、固态二氧气化碳或其他冷却媒介来达到冷却炉体的效果。压缩式制冷的办法可以将温度减低到-40℃,冷却过程中无须不论什么耗材、系统闭合、操作简单,相形前2 种冷却形式更加经济管用。对于以上几种冷却形式,关于压缩式制冷在DSC 中应用的研讨尚处于空白,因为这个本文针对该冷却形式,预设了一套单级循环的制冷系统。在该系统中预设了一个小尺度蒸发器作为冷却源,该冷却源妥贴地配备布置于DSC 加热炉上,以成功实现迅速冷却。为了证验该制冷系统的在DSC 中的冷却效果,在尝试研讨的基础上,利用CFD 软件摹拟该蒸发器内里流场的温度散布,并对该小尺度蒸发器的优化预设提出了改进的处理办法。

  在蒸发器算术摹拟的研讨中,汪蕊等利用CFD 对旋转薄膜蒸发器内流体的流动过程和速度散布施行了摹拟,文中认为合适而使用了三维几何板型,但并没有对板型及计算办法施行周密绍介。王军等利用Fluent 软件对分体室内机认为合适而使用四折式蒸发器时的贯流风机系统的内里流场施行了摹拟,文中认为合适而使用二维板型,并不可以充分摹拟出流场群体散布,且没有尝试证验。这个之外,在好些个研讨中,关于干式蒸发器及降膜式蒸发器的板型研讨占多数,且一般认为合适而使用二维板型的方式,研讨仅以数字摹拟为准。本文研讨的蒸发器归属小尺度蒸发器,为了使计算最后结果更为正确和完整,本文挑选三维板型对蒸发器内里流体的温度场施行了摹拟。并经过尝试,证验了算术板型的行得通性和正确性。这个之外,为了增长蒸发器与加热炉的换热效果,依据尝试最后结果和理论摹拟,提出了针对蒸发器的内壁面的优化预设。

(1) 试验测试的蒸发器表面平均温度为- 32℃,模拟结果为- 30℃,两者基本吻合; 从温度分布上看,结果都表明蒸发器上部比下部温度略低,但垂直方向温差不超过1℃,说明蒸发器内部温度分布均匀。模拟结果和试验结果对比吻合较好,表明建立的物理数学模型是合适的,进行的模拟计算能够与实际相符合,说明合理的CFD 数值模拟对实际工程问题的预测是可行的;

(2) 将该小尺度蒸发器内壁优化设计成波纹面,可以提高换热面积,增大空气扰动,极大提高了蒸发器与加热炉的换热效果;

(3) 试验与模拟的结果都证实了该小型制冷系统的可行性,对于冷却DSC 的加热炉,设计出了完整的一套单极冷却系统,对今后设计DSC 冷却系统有借鉴意义。

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