冰蓄冷作业

Tw=0 !冰水交界面温度,℃
Ktub=337 !盘管导热率
Kic=2.22 !冰的导热率
Pa=27.308 !蓄冷槽与外界环境的换热量
M=335000 !冰水相变潜热
Tc=-5!制冷剂的平均温度,℃
T0=0 !初始时刻管外壁水温，取0
tt=300!计算的时间步长，单位取s
ps=917 !冰的密度
hi=1151!制冷剂与管内壁的对流换热系数,制冷剂流速取0.4m/s
一，初始值
截取管段某一横截面，如图2所示：
图2制冷管道横截面
初始时刻（还未形成冰层时），边界条件为：
其中， 指管内径， 指管内壁温度； 指管外径， 指管外壁温度，为0℃；圆管材料导热系数为 。由此可得圆管导热的热阻表达式：
进而得到圆管导热量的表达式：
（1）
式中， 为圆管长度。
圆管的导热量也即载冷剂的吸热量，而此时载冷剂的吸热来自两个部分，一部分是由于第一层冰层形成所释放的冰水相变潜热，另一部分是外界环境对蓄冷槽的放热，所以有：
参考文献：
【1】张伟林等编著.FORTRAN90语言程序设计教程.合肥：安徽大学出版社，2002
【2】张奕，黄虎，张小松.盘管冰蓄冷装置管外结冰过程研究.哈尔滨工业大学学报，2004，36（10）：1310-1313.
【3】杨世铭陶文铨.传热学.第四版.北京：高等教育出版社，2006.
附件：fortran运算程序：
边界条件：
即可计算得出：
将 代入（5）式中，并对r从0到 进行积分即可得到：
...（6）
结冰过程中，结冰所释放的冰水相变潜热、 和 依次通过冰层和圆管传导至冷媒的热量，冰层的导热量和圆管导热量是相等的，由此可得到两个等式：
即可分别得到此时关于管内壁温度 和管外壁温度 的表达式：
(7）
（8）
以计算第 时间段内所结冰层厚度为例：
1模型的建立
如图1所示的为一立方体蓄冰槽，载冷剂管道位于其中心，与蓄冰槽最长边平行。冰槽的尺寸为0.3m×0.3×1.0m,选用铜管作为制冷管道，载冷剂管道外径为28mm，内径为25mm，管壁厚度1.5mm。蓄冰槽内壁为木丝纤维板，气厚度为0.01m,导热系数：0.048w/(m.k)外敷聚氨酯泡沫和塑料泡沫材料作为保温层，厚度为20mm。外界环境的温度为25℃。
2模拟结果与分析
根据模型假设，运用Fortran语言编制迭代计算程序运算程序（见附件）将初始数据代入，绘制出的图形为下图1-1至图1-3所示：
（1）运算结果与图形
分析：在结冰的初期由于冰层较薄，热阻较小，随着冰层厚度的增加，结冰的速度越来越缓慢
分析：从图中可知，不同乙二醇温度下的冰层的厚度变化趋势是相一致的
0.009807
0.01691
0.026764
分析：
1.折线的斜率绝对值从-4℃到-5℃时冰层厚度增加较快，而从零下-5℃到-6℃冰层结冰速度减慢；
2.从-6℃到-7.5℃斜率差的变小说明冰层厚度变化减慢；
表1-2
冰层质量
4ห้องสมุดไป่ตู้914
4.5164
4.114775
3.70925
2.889465
2.0623916
c=2200 !冰的比热容
L=1 !盘管的长度,单位m
rn=R0 !初始时刻冰层半径即为管外径,单位为m
X=log(R0/Ri)
Y=(X/Ktub+1/(hi*Ri))
Rr1=((T0-Tc)*tt)/(Y*R0*ps*M)-(Pa*tt)/(6.28*R0*L*ps*M)
print*,"第一层冰层厚度=",Rr1
Tif=(Kic*X*Tw+Ktub*Z*Ti)/(Ktub*Z+Kic*X)
print*,ti
Qa=3.14*ps*C*L*Tif*(R0**2-(Rn**2-R0**2)/(2*Z))
Qaa=3.14*ps*C*L*Tif*(R0**2-(((Rn-Rr1)**2-R0**2))/(2*Z))
得到 的值之后，即可利用（3）式计算得出第 时间段内所结冰层厚度 （注：（3）式中 的值,即外界环境对蓄冰槽的放热在整个结冰过程中是基本不变的，而且在蓄冰初期对冰层厚度的计算影响较小，只是到后期，由于冰层厚度的增加，结冰速度变慢， 相比冰水相变潜热越来越大，此时 值的误差对冰层厚度的计算影响增大。）。
空调蓄冷技术在我国日益受到重视。冰蓄冷技术由于所需要的蓄冷槽体积较小等优点,在空调蓄冷中得到广泛应用.为了提高盘管冰蓄冷装置的含冰率,充分发挥冰蓄冷的优点,必须对盘管间距进行合理设计,盘管间距设计以管外动态结冰过程为基础.国内、外学者在这方面已经做了很多的研究工作。
本文根据实际冰、水相变过程中热量传递和温度变化特点,对预测结冰过程的传热控制方程进行适当简化,从而极大方便结冰过程的数值求解,缩短计算时间.在保证足够精确度前提下,为盘管间距的设计计算提供尽可能简单、快速的方法.对盘管外结冰量和冷媒进口温度的关系进行了实验研究,以得到考虑冰蓄冷装置整体综合经济效益的冷媒进口温度.
此时以第 时刻和第 时刻冰层半径 和 作为初始值，通过（7）和（8）式可计算出第 时刻和第 时刻圆管外壁温度 和 ，再将 和 的值代入（6）式分别计算得到 和 ，在将 和 的值代入（4）式即可得到 的值。（注：计算第 时刻的冰层厚度时，需要 和 的值，由于0时刻没有冰层，所以显然 ，此时只需计算 。）
结冰量数据分析：
表1-1
冰层质量
5.864
5.4555
5.042094
4.62383
3.7703962
2.8901972
在蓄冷槽与外界的换热为27.308w
不同乙二醇温度
-7.5
-7
-6.5
-6
-5
-4
斜率
-0.818
-0.82672
-0.8365
-0.853435
-0.880199
斜率差
0.0088
在蓄冷槽与外界的换热为40w
不同乙二醇温度
-7.5
-7
-6.5
-6
-5
-4
斜率
-0.795
-0.80319
-0.8111
-0.819781
-0.827073
斜率差
0.008
0.007862
0.00872
0.0072923
分析：
结论：蓄冷槽与外界换热量的增大表明蓄冰后期结冰的速度明显较换热量为27.308w时减慢。
经查表，得到：25℃时，空气的运动粘性系数 ，导热系数 ， ， 。根据竖直平壁与空气自然对流换热在层流下的经验公式及可算得 数，进而根据式得到对流换热系数。
二、迭代求解
得到第一层冰层厚度之后，即可利用其作为初始值对 后的冰层厚度进行迭代求解， 。由于管外有冰层之后，圆管的导热量也即载冷剂的吸热量，此时不仅包含冰水相变潜热和外界环境对蓄冷槽的放热，还包含冰层温度下降所释放的显热。
得到 的值之后，即可利用下式：
计算得到第 时刻的冰层半径 ，再以 作为计算下一时刻，即 时刻所结冰层厚度的初始值进行下一轮计算，如此迭代循环，即可计算得到任意时刻后的冰层厚度值。
盘管式冰蓄冷在蓄冰时冰层沿圆管径向向外增大，而冰层越厚，要求盘管内载冷剂的蒸发温度就越低，从而使制冷系统的效率大为降低，按一般推荐，冰层厚度以40mm~60mm为准，本文模拟计算的厚度上限为50mm，整个过程需要9h。
盘管结冰蓄冷过程模拟与分析
0序言
盘管式蓄冰装置是由沉浸在水装置中的盘管构成换热表面的一种蓄冰设备。在蓄冷过程中，制冷剂直接在盘管内循环，蒸发制冷吸收装置中水的热量，在盘管外表面形成冰层。融冰时温度较高的空调回水直接送入盘管表面结有冰层的蓄冰装置，使盘管表面上的冰层自外向内逐渐融化。由于空调回水与冰直接接触，换热效果好，释冷快，来自蓄冰装置的供水温度可低达1℃左右。此外，空调用冷水直接来自蓄冰装置，故可不需要二次换热设备。但是为了使实现快速融冰释冷，蓄冰装置内的水不可完全冻结成冰，故蓄冰装置的蓄冰率（IPF）较低，因此蓄冰装置容积较大。同时，由于盘管外表面冻结的冰层不均匀，易形成水流死角，而使冰装置局部形成永不融化的冰层，故需采取搅拌措施，以促进冰层均匀融化。另外,由于盘管内需要充满制冷剂,增加了成本，降低了系统的可靠性。
program bingxuleng
implicit none
real::R0,Rr1,Rr2,Pn,Pa,Ri,Ti,Tif,t,hi,L,Ktub,Kic,Tw,M,Qa
real::ps,z,Rn,c,Qaa,Tc,T0,X,Y,tt,I,hd
R0=0.015 !盘管外半径,m
Ri=0.0125 !盘管内半径，m
do I=1,3600*9,300
Rn=Rn+Rr1
hd=rn-r0
print*,hd !冰层厚度的变化，单位m
print*,"rn=" ,rn !冰层厚度的变化，单位m
z=log(Rn/R0)
Ti=(Tw/(hi*Ri)+(X/Ktub+z/Kic)*Tc)/(x/Ktub+z/Kic+1/(hi*Ri))
关于 的计算表达式：
…（3）
式中， 表示冰的导热系数， 表示冰层温度下降所释放的显热
， 圆管外壁与冰层交界面的温度， 表示冰水交界面温度，一般为0℃。
关于 的计算：
（4）
其中， 表示厚度为 的冰层从温度0℃下降到 时刻的温度场而传至冷媒的显热，即：
...（5）
积分号之前加负号是为了使 为正值。根据式，结合此时的边界条件，我们有：
（2）
式中， 为冰的密度， 为冰水相变潜热， 为时间步长（可任取）， 为第一层冰层厚度， 为外界环境对蓄冷槽的放热量， 为载冷剂与管道内壁的对流换热系数， 为载冷剂温度。