二元冰真空制备技术研究

摘要

二元冰是指某类(如乙二醇)水溶液和冰晶粒子的混合物，为呈泥浆状的悬浮液，通常也称为冰浆，其流动性很好，能够用泵输送。在制冰过程中，传热系数大，传热温差小。与其它介质相比，二元冰冷却速度快、冷却效果好(二元冰的单位质量所含冷量是冷冻水的4～6倍且其冷却温度更低)，如将其用于食品冷却领域，由于其组织柔软，不会损坏产品的组织。如将二元冰应用于蓄冷空调领域，可以实现空调系统低温送风，并且设备安装灵活，能很好地适应空调负荷的变化。另外，二元冰还可广泛应用于城市集中供冷、食品工程、污水处理、化学工业、冶金工业、医学、运输工程等领域。 目前运用和正在研究的二元冰制备方式主要有刮削制备法、过冷水连续制备法、直接接触式制备法、真空制备法、下降膜式制备法、流化床制备法。其中二元冰真空制备法具有热效率高，结构简单，操作方便，以及制备过程中采取一定措施可以不采用CFC或HCFC制冷剂等优点，是一种很有前途的二元冰制备方式。 本文对真空环境的特性，包括热分子压力效应，气体分子密度的涨落，稀薄气体传输现象的特点等进行了由浅入深的理论分析，探讨了物质在低压下的传热和传质特性。通过对单个液滴的闪蒸现象的研究，建立了二元冰真空制备过程的数学模型。通过对模型的分析，用以估计不同大小的水滴的蒸发过程，以及真空闪蒸装置内二元冰的形成过程，了解下降终了时结冰率与那些因素有关，探讨通过在真空闪蒸装置内喷射水溶液制取冰浆的过程。 通过将真空技术与二元冰制取技术相结合，研制了二元冰真空制备装置，进一步提升了二元冰制备技术的科技含量。 通过实验测试了真空闪蒸装置内压力、系统供水流量、捕水冷盘管蒸发温度、添加剂等对二元冰真空制备的影响。并通过图表及数值计算软件Matlab对实验结果进行了分析和总结，得到相应的结论，为工程实际应用提供了科学依据。

目录

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第一章 绪论

1.1二元冰概述

1.2二元冰制备方法简介

1.3二元冰真空制备技术的原理

1.4二元冰真空制备技术的优势

1.5二元冰真空制备设备简介

1.6二元冰真空制备技术的研究综述

1.7本文的主要工作

第二章 二元冰真空制备技术的理论研究

2.1真空环境的特性

2.1.1热分子压力效应

2.1.2气体分子密度的涨落

2.2稀薄气体传输现象的特点

2.3低压下的传热

2.3.1低压下气体的导热

2.3.2低压下的辐射传热

2.4低压下的传质

2.4.1相际平衡

2.4.2相际传质

2.4.3相间传质系数

2.5二元冰真空制备过程的数学模型建立

2.5.1水滴的质量减少率

2.5.2水滴大小的变化率

2.5.3水滴表面的温度变化

2.6本章小结

第三章 二元冰真空制备实验台的设计

3.1实验台总体设计思路及说明

3.2设计参数

3.3喷水量计算

3.4真空闪蒸装置设计

3.4.1形状的确定

3.4.2材料的确定

3.4.3大小的确定

3.4.4壁厚的确定

3.4.5结构及尺寸设计

3.4.6真空闪蒸装置的密封

3.4.7真空闪蒸装置的保温

3.5供水装置设计

3.5.1喷嘴的选择

3.5.2高扬程小流量泵的选择

3.5.3给水箱的设计

3.6真空维持装置设计

3.6.1捕水冷盘管

3.6.2冷凝机组选择

3.6.3真空泵选择

3.7冰浆存储装置

3.8测试装置

3.8.1测试装置硬件

3.8.2测试装置软件

3.9本章小结

第四章 二元冰真空制备实验与分析

4.1实验运行前的准备

4.2实验步骤和方法

4.3实验说明及成冰现象描述

4.4实验结果和分析

4.4.1真空闪蒸装置内压力的影响

4.4.2供水流量的影响

4.4.3捕水冷盘管蒸发温度的影响

4.4.4添加剂的影响

4.5实验研究后对二元冰真空制备技术发展的思考

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果