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        小尺度蒸發器的數值模擬

        為了使差示電子掃描量熱儀中加熱爐迅速的從400℃以上的高溫冷卻到室溫,預設了一套認為合適而使用小尺度蒸發器的單級制冷系統。為保障冷卻過程中蒸發器內里溫度場的平均性及冷卻效果,利用CFD 經濟活動軟件,對該蒸發器內里流體的溫度場施行數字摹擬,并對蒸發器外表溫度施行了嘗試勘測。嘗試最后結果表明,蒸發器內壁面溫度達到預設要求( - 35℃) ; 蒸發器整身體的溫度度散布平均,軸向溫差小于1℃; 摹擬最后結果與嘗試勘測最后結果基本吻合。在此基礎向上一步對該蒸發器施行了優化預設,將其內壁面改為斑紋面,認為合適而使用斑紋面的蒸發器與加熱爐的換熱空間內,被冷卻空氣的比例增大,空氣出口溫度表面化減低,冷卻效果加強。

        1、前言

          差示電子掃描量熱儀( DSC) 是廣泛應用于熱力科學和動力學的研討、事物的鑒定、材料熱剖析、化學性質剖析等領域的一種熱剖析攝譜儀。本文主要是對DSC 加熱爐冷卻降低溫度過程展開研討。加熱爐作為DSC 的關緊局部,在其運行過程中,其溫度每常要高達400℃以上。傳統的DSC 并沒有對加熱爐設置冷卻系統,在DSC 運行終了后,加熱爐天然冷卻到常溫需求通過很長時期。

          到現在為止市面兒上用于DSC 的冷卻形式主要有: 液氮制冷、壓縮式制冷、迅速冷卻杯制冷等。液氮制冷可以達到- 170℃,但需求液氮的任何時間提供,因此增加了保護困難程度,且操作復雜。迅速冷卻杯制冷是一種手動冷卻形式,經過向冷卻杯中參加冰水、液氮、固態二氧氣化碳或其他冷卻媒介來達到冷卻爐體的效果。壓縮式制冷的辦法可以將溫度減低到-40℃,冷卻過程中無須不論什么耗材、系統閉合、操作簡單,相形前2 種冷卻形式更加經濟管用。對于以上幾種冷卻形式,關于壓縮式制冷在DSC 中應用的研討尚處于空白,因為這個本文針對該冷卻形式,預設了一套單級循環的制冷系統。在該系統中預設了一個小尺度蒸發器作為冷卻源,該冷卻源妥貼地配備布置于DSC 加熱爐上,以成功實現迅速冷卻。為了證驗該制冷系統的在DSC 中的冷卻效果,在嘗試研討的基礎上,利用CFD 軟件摹擬該蒸發器內里流場的溫度散布,并對該小尺度蒸發器的優化預設提出了改進的處理辦法。

          在蒸發器算術摹擬的研討中,汪蕊等利用CFD 對旋轉薄膜蒸發器內流體的流動過程和速度散布施行了摹擬,文中認為合適而使用了三維幾何板型,但并沒有對板型及計算辦法施行周密紹介。王軍等利用Fluent 軟件對分體室內機認為合適而使用四折式蒸發器時的貫流風機系統的內里流場施行了摹擬,文中認為合適而使用二維板型,并不可以充分摹擬出流場群體散布,且沒有嘗試證驗。這個之外,在好些個研討中,關于干式蒸發器及降膜式蒸發器的板型研討占多數,且一般認為合適而使用二維板型的方式,研討僅以數字摹擬為準。本文研討的蒸發器歸屬小尺度蒸發器,為了使計算最后結果更為正確和完整,本文挑選三維板型對蒸發器內里流體的溫度場施行了摹擬。并經過嘗試,證驗了算術板型的行得通性和正確性。這個之外,為了增長蒸發器與加熱爐的換熱效果,依據嘗試最后結果和理論摹擬,提出了針對蒸發器的內壁面的優化預設。

        (1) 試驗測試的蒸發器表面平均溫度為- 32℃,模擬結果為- 30℃,兩者基本吻合; 從溫度分布上看,結果都表明蒸發器上部比下部溫度略低,但垂直方向溫差不超過1℃,說明蒸發器內部溫度分布均勻。模擬結果和試驗結果對比吻合較好,表明建立的物理數學模型是合適的,進行的模擬計算能夠與實際相符合,說明合理的CFD 數值模擬對實際工程問題的預測是可行的;

        (2) 將該小尺度蒸發器內壁優化設計成波紋面,可以提高換熱面積,增大空氣擾動,極大提高了蒸發器與加熱爐的換熱效果;

        (3) 試驗與模擬的結果都證實了該小型制冷系統的可行性,對于冷卻DSC 的加熱爐,設計出了完整的一套單極冷卻系統,對今后設計DSC 冷卻系統有借鑒意義。

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