冰浆造雪系统的设计及实验研究

作     者：高蕊笑 

作者单位：哈尔滨商业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张庆钢;林华曦

授予年度：2020年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：人工造雪 冰浆制取 过冷法 固液分离 (火用)分析 

摘      要：为响应“3亿人上冰雪的国家号召,全民冰雪项目的开展越来越丰富,同时对雪量要求也越来越多。自然降雪量通常不能满足冰雪运动雪量的要求,加之近年来全球气候变暖,降雪量减少,这对人工造雪的需求愈发增加。传统人工造雪要求工作环境在0℃以下,这使我国南方地区滑雪场的兴办成了困难;0℃以上的人工造雪技术常用制冰代替造雪,其中片冰和板冰最为常见,成本较高且能耗大。本课题旨在设计一种不受环境温度制约,可实现全天侯造雪的系统——冰浆造雪系统。经设计及实验研究可知该系统能耗小,绿色环保,且产量大质量好。首先,在理论与需求分析的基础上,进行冰浆造雪系统的整体设计。选用过冷法制取冰浆,设计介质循环过程并计算制冷量,选配合适的制冷系统,其中包括制冰主机、换热器、载冷剂缓冲罐及防止冰堵装置的设计及选型;冰浆制取完成后采用重力沉降的方式进行固液分离,通过理论计算进行分离装置的设计;最后采用低温风送的方式将雪输送到应用场地,保证雪在运输中不融化。其次,根据设计选型搭建设备,进行初步实验。进行冰浆制取过程的降温实验,测得乙二醇溶液及过冷水的降温曲线,得到稳定制冰时两种溶液的进出口温差;进行板式换热器的冰堵实验,根据冷却水、乙二醇溶液及过冷水的流量判断换热器内是否发生冰堵,可知未安装进口加温调节器的系统温度达到0℃后换热器内发生冰堵,随后制冷主机自动关闭,乙二醇解冻泵开始,而安装进口加温调节器的系统可正常运行,各流量波动极小。将冰浆泵送至分离器进行分离,进行雪产量及含冰率的测定,可知产量达到设计要求,但是干燥性不能满足要求,应提高冰浆的含冰率。然后,为提高分离效果对分离装置进行了改进设计及对比实验。设计蓄冰池与分离器一体化,可减少泵送过程及储存时间,大大提高分离效果,再次测量含冰率满足设计要求。此外,进行蓄冰分离器中螺杆升降仪的控制实验,对分离器中各高度的雪密度进行测量,最终通过对螺杆升降仪不同时间的启停控制,使分离后雪的密度更加均匀。在实际工程应用中,采用两蓄冰分离器并联工作,有效减少分离等待时间提高生产效率。最后,根据系统运行数据,对冰浆造雪系统进行（火用）分析。建立（火用）平衡方程,计算其（火用）损及（火用）效率,在对各主要部分的（火用）分析的基础上,对整体的（火用）效率进行计算。（火用）分析可更准确掌握能源利用情况,根据分析结果,提出了可行的优化措施,为以后的工程应用提供理论支持。