壓氣機進氣用霧化式蒸發冷卻器實驗研究

冷卻器 蒸發    時間:2014-03-11 12:53:25
壓氣機進氣用霧化式蒸發冷卻器實驗研究簡介
     中圖分類號:TK474.8   文獻標識碼:A文章編號:1001-2060(2000)03-025……
壓氣機進氣用霧化式蒸發冷卻器實驗研究正文
    

中圖分類號:TK474.8
 文獻標識碼:A
文章編號:1001-2060(2000)03-0256-04

Experimental Study of a Fog-atomizing Evaporative Cooler for Compressor Inlet Air

Lin Feng Li Weishun Xiao Dongmin Wen Xueyou
(Harbin No.703 Research Institute, Harbin, China, Post Code 150036)

From an experimental viewpoint a study has been performed of evaporative coolers for the cooling of compressor air. Discussed are some methods for measuring the wetness of water drop-containing air. With respect to different schemes of wetness addition by way of evaporation at a constant temperature the authors have investigated the effect produced by different water spray quantity on the evaporative cooling effectiveness. An experimental analysis is also conducted of the evaporative cooling effectiveness resulting from the different types of atomizing nozzles under different spray directions.
Key words: compressor, inlet air cooling, heat transfer, mass transfer, evaporative cooler

1 簡介


對壓氣機進氣進行冷卻以提高整個燃氣輪機組出力和經濟性的技術已在實際運行中得到了廣泛應用。特別是對於在高溫環境下運行的機組更具有實際意義。蒸髮式冷卻作為壓氣機進氣冷卻的方式之一,與其它冷卻方式相比(如機械壓縮式製冷,吸收式製冷等)具有適用範圍廣(甚至包括在沿海等高濕度地區),系統簡單,投資少等獨特優點[1,2]。其一般投資回收期僅在半年左右。

目前在實際中應用的蒸髮式冷卻器具有兩種形式:

一為霧化式蒸發冷卻器[1,3];另一為介質式蒸發冷卻器[4,5]。前者將水高細度霧化后噴入空氣流中,依靠細微的水滴顆粒對空氣進行加濕/冷卻。後者是使空氣通過含水的多孔介質來對其加濕/冷卻。兩種方式的機理都是使空氣經過一個絕熱加濕過程來降低其幹球溫度。相比之下,霧化式蒸發冷卻器具有空氣阻力小的特點。介質式蒸發冷卻的一個主要缺點是由於受空氣飽和度的限制,對空氣的冷卻強度較低。在這種前提下研究如何儘可能地提高常溫下蒸發效果顯得尤其重要。本文將對霧化式蒸發冷卻器進行實驗研究及分析。

霧化式蒸發冷卻器的研究,涉及到水滴在空氣中蒸發情況的研究,到目前為止,國內外研究者已在這方面做了大量工作。然而由於所研究的目的不同,大部分工作針對水滴在較高的空氣溫度下的蒸發情況[6]。在常溫環境下空氣中水滴的蒸發情況有所不同,此時水和空氣之間的傳熱傳質過程推動力較弱,並且空氣的相對濕度對蒸發強度有較大影響。研究常溫環境下各種因素對空氣加濕過程的影響將對蒸髮式冷卻器的設計具有指導意義。

2 實驗裝置簡介


本文的實驗裝置見圖1。實驗時通過流量調節閥及旁通擋板來共同調節實驗段內的空氣流速,利用風機入口處的霧化噴嘴及可調功率電加熱器來調節實驗段入口處空氣的溫濕度。空氣流速通過熱球風速儀進行測量。各點的激光粒徑測量孔處罩有光學玻璃。在進行空氣濕度測量時,考慮到空氣流中含有大量水滴,如果直接將溫濕度感測器置於氣流中,水滴立刻會凝聚在感測器上,造成濕度感測器失真(此時測得的溫度將接近於濕球溫度),從而無法得到氣流的真實濕度。為此本文採用了一個特製的取樣探針將少量氣流引至設在外部的裝有溫濕度感測器的腔室,之後排入大氣,見圖2。實驗表明,採用這種方法進行濕度測量,取樣空氣流量不宜過大,否則會將水滴帶入探針造成測量值偏大。但空氣流量過小又會使得溫濕度儀需較長時間才能示數穩定。

1-風機;2-濕度調節噴嘴;3-旁通管;4-調節閥;5-穩流網;
6-功率可調電加熱器;7-噴嘴;8-激光測量孔9-溫濕度測孔;10-水分離組件


此外,當空氣流過探針時,儘管探針內壁採取了絕熱措施,仍無法避免熱量交換,圖2中儀器所直接測得的溫濕度有一定誤差,必須對其進行修正。所採用的修正方法如圖3所示:根據測得的溫、濕度值可以得到空氣中的含濕量d,在濕空氣圖中沿含濕量為d的等濕度線與加濕前空氣所在的等焓線相交,其交點應為加濕后的真實狀態。這種方法的依據是將空氣的加濕過程視為絕熱加濕過程。為了盡量減小取樣空氣在探針內部的流動距離,以減小傳熱量,本實驗中還嘗試了另一種測量方案,見圖4,將溫濕度感測

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