新型立式封装版蓄冰设备的实验研究张欢俞洁天津大学环境学院天津300072zhhuan@tju.edu.cn摘要冰蓄冷空调技术是实现电网负荷“削峰填谷”的有效措施。本文根据热平衡原理改进了前期建立的立式封装板蓄冰设备蓄冷过程数学模型，考虑了冰板内蓄冷剂沿板长方向的导热，并采用托马斯算法对其进行了求解；并建立了蓄冰系统实验台，对所开发的立式封装板蓄冰设备进行了蓄冷性能实验测试，将实验测试结果与理论模拟结果进行了对比分析；对立式封装板蓄冰设备在不同进口载冷剂温度下的蓄冷性能进行了理论模拟分析。研究成果对继续改进新型立式封装板蓄冰设备具有较大的参考价值。关键词冰蓄冷立式封装板蓄冰设备蓄冷实验研究模拟０引言冰－水固液相变传热问题研究内容分为：导热控制、导热对流耦合控制和直接接触固液相变传热问题[1]。要研究立式封装板蓄冰槽的蓄冷特性，必须先从研究单一冰板的传热性能着手。单一冰板的蓄冷过程分为三个阶段：第一阶段为水的显热蓄冷阶段，该阶段由于水的温度降低而蓄存冷量；第二阶段为冰水潜热蓄冷阶段，该阶段主要由于水冻结成冰释放凝固潜热而蓄存冷量，但同时也会伴随有少量的由于冰温度降低而蓄存的冷量；第三阶段为冰的显热蓄冷阶段，该阶段由于冰的温度降低而蓄存冷量，直至最后冰的温度与板外载冷剂温度相同。前期建立的数学模型忽略了冰板内蓄冷介质沿载冷剂流动方向上的导热，仅考虑与载冷剂流向垂直方向上冰板与载冷剂之间的传热，并且未对蓄冰板划分网格进行计算，以致其计算精度不高。因此，本文在对新设计的蓄冰设备进行理论分析时，对蓄冰板进行了网格划分，考虑冰板内蓄冷介质沿载冷剂流动方向上的导热，改进了蓄冰设备蓄冷过程数学模型，并对其进行求解和实验验证。1立式封装板蓄冰设备数学模型1.1模型的简化载冷剂溶液在冰板之间的流道内流动，与板内的蓄冷介质进行热交换。为便于求解，将蓄冷过程作如下的简化：（1）忽略蓄冰槽的热损失；（2）忽略冰板板壁的蓄热；（3）忽略结冰过程和融冰过程中冰与水体积的变化；（4）冰板两侧传热对称，冰板厚度中心线及载冷剂流道中心线为绝热线；（5）由于蓄冷和释冷过程中温度变化范围不大，忽略载冷剂物性的变化；（6）沿冰板宽度方向上传热均匀，模型建立在冰板单位宽度上。1.2蓄冷过程数学模型图1蓄冷过程控制体能量平衡分析示意图Bbv冰板壁冰水乙二醇Qice,i,j+1Qice,i,j-1Qwall,i,jQglycol,i,j,outQglycol,i,j,in将冰板沿载冷剂流向分成n个微元，同时考虑与冰板垂直方向及沿载冷剂流向的传热，根据热平衡理论改进数学模型。与冰板垂直方向上，冰板内介质与板外乙二醇溶液之间存在传热，而沿载冷剂流向，前后微元之间由于存在温度梯度，因此也有导热的存在。对于各个微元，取其中心节点温度代表其平均温度。在每一时间步长上利用传热方程及热平衡方程分别对每个微元进行计算，通过迭代可计算出冰板内各微元温度分布以及各时刻冰层厚度，计算得到的每一微元的温度作为下一微元传热计算的初始条件。同时，通过迭代还可计算出蓄冰槽内各通程载冷剂进出口温度分布情况。从而计算整个蓄冰槽的蓄冷率及蓄冷量。由于蓄冷过程分为水的显热蓄冷、冰水潜热蓄冷及冰的显热蓄冷三个阶段，因此分别对这三个阶段建立蓄冷数学模型，并进行模拟计算。蓄冷过程微元热平衡分析示意图如图1所示。冰板沿载冷剂流向分成n个微元，取其中任一微元作为控制体，其长度为Δl，相应的载冷剂微元体长度也为Δl。在载冷剂流经Δl长距离的时间步长内，冰板控制体与其前后微元及载冷剂微元之间存在热平衡。1.2.1水的显热蓄冷在水的显热蓄冷阶段，冰板内微元体全部是水，取其中心节点温度代表微元体平均温度。根据假设（1）、（2）可知，在该蓄冷阶段，对于j微元冰板内的水，由于其自身温度降低而释放的显热应等于其自身热量的减少，即等于j微元水传给j-1微元水的热量以及j微元水通过冰板壁传给j微元载冷剂的热量之和减去j+1微元水传给j微元水的热量；同时，对于j微元载冷剂，j微元水通过冰板壁传给其的热量应等于其自身热量的增加。即存在如下热量平衡方程：（1-1）（1-2）其中：—i-1至i时段，j微元水温度降低所放出的显热...
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