冰蓄冷系统的测量

冰蓄冷系统的测量摘要：蓄冰率是冰蓄冷系统运行管理与优化控制的重要测量参数，其测量方法是冰蓄冷技术的核心内容之一，本文总结了目前静态与动态制冰系统中蓄冰率测量的各种方法，并对其测量原理进行了简洁描述。关键字：冰蓄冷系统蓄冰率测量前言在冰蓄冷空调系统中，从制冰装置到空调末端之间有众多的设备，故需要测量的对象也很多。蓄冰槽内的蓄冰率（IPF，IcePackingFactor，定义：冰在冰槽内冰水混合物中的质量比率）标志着蓄冰槽单位体积内所贮存的冷量，故在蓄冰空调系统的运行管理与自动控制中，IPF是一个不可缺少的测量参数。本文以测量蓄冰率为焦点，介绍其各种测量方法及其原理。1冰蓄冷与蓄冰率冰蓄冷空调系统根据向末端设备输送和分配冷量过程中有无冰的移动可分为动态蓄冰和静态蓄冰两大类。在静态蓄冰系统中，有管外制冰、管内制冰、冰球制冰等方法，在动态蓄冰系统中，冰微粒有微粒状、扁平状、正方体状冰。无论上述哪种情况，冰都是在水溶液中由清水（纯水）结晶出来的。至今为止，已经提出了多种多样的冰蓄冷系统方案。在静态制冰系统中，制冰时的冷机运转控制与融冰时的残冰量预测都必须检测蓄冰槽内的蓄冰率IPF；在动态制冰系统中，除需要把握蓄冰槽内的贮冰量外，还需避免冰浆输送过程中的管路阻塞、把握末端设备的冷量需求，也同样需要检测蓄冰槽和输送管路内的蓄冰率IPF。2蓄冰率的测量方法与测量原理针对上述冰的各种生成方法和性状，应用各种原理提出了相应的蓄冰率测量方法。由于冰为固体，水为液体，冰水混合物的流动为固液两相流，在现有的测量方法中，也有直接将其它领域的固液两相流的测量方法应用于冰水混合物蓄冰率的测量方案；也有在其它领域没有采用的独特的冰水混合物蓄冰率测量方案的提出。但各种测量方法的提案均处于实验阶段，其精度、稳定性、简便性、普适性俱佳的测量方法还难以确立，有待于进一步研究提出更为优良的测量方法。本文介绍了到目前为止的各种蓄冰率测试方法和测量原理。在各方法中，按适用于制冰槽与蓄冰槽、输送管、采样法进行分类，并在下文中顺序说明。2.1制冰槽、蓄冰槽内IPF的测量1）水位变化量在冰盘管的外侧和内侧表面结冰的静态制冰系统中，通常采用测量水位的上升来计算槽内蓄冰率IPF，这是利用水结冰后体积膨胀原理所进行的直接水位测量方法。冰的密度为917kg/m3，1000kg冰其体积为1.090m3，即1000Kg(或1m3)的水，完全结冰后其体积增大至1.090m3。故，随着结冰过程的进行，冰槽内的水位逐渐上升，根据水位上升量则可换算出IPF。水位的测量直接采用简单的传统方法（如：浮子法、差压法、超声波法等）。但这些方法要求在制冰过程中冰槽内冰水混合物的总量必须恒定，如果出现冰槽泄漏或冰块上浮现象，将会导致很大的误差。2）探针型冰厚传感器在冰盘管表面设置探针型冰厚传感器，以测量盘管表面的结冰厚度。探针型冰厚传感器的检测原理是：每单位时间内使可移动的冰厚检测探针紧贴冰面，根据探针的位移量或停止位置检测出冰的厚度，进而根据冰厚与盘管总长度计算出槽内结冰总量。这种方法要求各个位置上的结冰均匀。3）电极型冰厚传感器此方法与探针型冰厚传感器测量原理相似，是一种利用结冰厚度来推定结冰量的方法。冰厚传感器采用电极式，利用电极之间的电阻变化量来推测结冰厚度。此类传感器又有两种类型：①检测到达预设厚度与时刻；②利用电极间电阻值的变化，连续检测结冰厚度（电极垂直设置在冰盘管表面上）。一般而言，水中含有各种离子，具有一定的导电性能，与此相反，纯净的冰基本上可以视为绝缘体。故，冰层覆盖电极表面后电极间的电阻值会增加，根据电阻值的大小计算出冰层厚度。由于水质不同，其电阻值也不同，故在测量时，需在槽内增设辅助电极，同时测量水的电阻值，以消除水质不同对结冰厚度测量的影响。4）凝固点变化在水溶液冻结过程中，只有溶剂水冻结成冰，而溶质的浓度随着结冰量的增加而逐渐上升，由此导致溶液的凝固点逐渐下降。故利用温度传感器检测溶液(原文中为“载冷剂”)温度变化,并利用结冰率与溶液温度的对应关系来测量蓄冰率。由于只需测量温度,故检测装置简单。溶液温度与IPF对应关系的试验结果，其最大测量误差为2.5%。但这种方法只适用于冰水混合物停留在蓄冰槽内的结冰过程。窜5皆）蓄冰槽税内电导率绞变械化触县测量冰槽柴内水的导撒电率，根派据导电率衔的变化计纹算蓄冰率浮。由于在务水溶液冻继结过程猫中放,江枕只有水溶慌剂冻结成派冰酷,抄汇而溶质的瓣浓度随着伐结冰量的截增加而逐伞渐上升，课这种溶质剧基本上都匀含有导电往离子，溶逗质浓度增困加使其导恒电率也增应加，根据鹿导电率的蛾增加则可阴计算出冰桌的增加量烦。导电率隐一般由导削电度计（南或导电率淋计）来测寸定，故测贫量装置简肝单。这种茧方法也只双适用于冰雕水混合物蝴停留在蓄资冰槽内的挡结冰过程辅。尚减6腐）导电度凯法匆肢测量电导麻率变化的充方法之一蛮是导电度劣法。电阻甚与电导呈校倒数关系妥，利用测趣量电阻和练电导构成突了电阻法果和电导法抵，二者的获实质相同狐。利用水圆与冰的电壶导率不同蓬，测量冰的水混合物稻整体的导脚电率。两南种导电率虎不同物质愧的混合物终的导电率使依赖于二饲者的混合评比例。故田，测量出陈混合物整始体的导电剪率，则可剂判断出冰析、水的混他合比例，库这就占是缴“叮导电度汁法涂”侍测量蓄冰双率的原理最。测量电筋阻需要将箩一对电极术沉浸在冰彩水混合物奖中，并需浸要测量混言合物整体烈的导电度封。在测量晌贮冰槽整万体的蓄冰蚁率时，冰丸槽的两边估需要同样稍的电极。声一般而言除，水的导连电率因水效温和水质千而异，故却为了消除易水质变化辛对测量精变度的影响忍，需增设嫁辅助电极低同时测量塌水的导电荡度筋。给票2.2范坊输送管捐内颠IP自F梯的测红量冤芦测量冰水缩输送管内蛇的蓄冰率筛时，必须易考虑能实籍时连续测防量、不受仇流速的影亡响、不受狱粒子性状催的影响、尝不能妨碍泄流动的进坑行，而且领要求精度营高、稳定阅性与通用钱性好等各挡种因素赞。秋捧1敢）引去γ倘射线吸收烫法圆屡由于水与患冰的密度建已知，故颗可以利用衔冰水密度腿不同来判徒定混合物枕中的蓄冰穗率。密度班的测量方蒸法之一就舰是吵γ众射线吸收比法罢。梅风γ供射线是放晨射线的一伤种，它是行一种波长检极短的电捕磁波，具致有很强的乔穿透能力概。糖但坐γ造射线穿透亚物质时，肚将有部倡分庙γ难射线被物暴质吸收，午其吸收量蜓与物质的伪密度呈比吨例关系，融利用此原乔理测量物蓄质密度的涨仪器称犹为糠γ炸射线密度闭计较。券γ寻射线光搂源播有关137C鸡s坊(牌铯安)刃、久241A皱m决(肥镅伴)袋、项60Co喝(叛钴凶)熔等样。恢I脾为押γ傻射线穿透点强度肥，贸I婚0透为后γ修射线入射价强度，浪则歇抓I=I0粥ex肿p形（村-炊μ予ｍ舟稍ρ壤Ｄ）楼（雨1灯）奔变式中侄，拢μ秘ｍ：质量而吸收系数桂；粉ρ桑：吸收物艳质密度；摧Ｄ：穿透袄距离禁。年炎当光源与梢配管尺寸划确定后听，倍(cm2温/g宗)往与已知纲，虹I裁与中I形0正可以测量汁，故可以短计算出管刻内冰水混税合物的密租度摄(g/c柄m3皮)歇，进而可邻计算出管蹲内的蓄冰营率稿。匙减γ狠射线密度滴计为非接否触式，可累以实现在务线测量，厚但由于采房用放射性射光源，故祝管理比较脱麻烦丹。续麻2员）重量法迟续短作为直接种测量管内准冰水密度颠的方法有色利单用绑U啄型管的重简量法。将槽输送管的肢一部分设脾计成水平考的乳U商型管，并催通过两个桥挠性接头孕固定在管倚路上。壶在熟U温型管的自喇由端设置促负荷传感摩器离（忽Load惹cel近l愁），用此喂来测梢量患U交型管的重过量。也可混以用直管厉代亚替泛U尸型管，这示种方法的慨特点是测窗量精度高鸟，但存在凭有测量设莫备庞大的捐缺陷谜。狠侮3巧）质量天法范眉可以采用娇与重量法皱相似的装艺置来测量际冰水密度禁。攀将砍U赢型管用弹抢性体进行柔支撑，由魔电磁力施缘加振动力纯。因管内简流动的冰引水混合物液的固有频山率发生变灯化，故通突过测量管危内固有频剂率来判定骨混合物的愚密度，这千是利用振际动法测量跳密度的原秩理。利用腐此法可实岭现在线测康量皆。凯步此外，已懒经开发出露了利用作之用倡在点U凭型管上科哀里奥利璃（购Cori烦oli弹s灰）力同时迎测量质量幻流量和管贱内介质的茧密度的流参量计，如寸图与5.厉2湿所示。利蛾用此流量烘计有可能狭作为冷热扶输送的热兴量计使用马，这是行土业内关心诞的课题坟。笋拆4贺）单管强法裹贸冰水密度锦差决定了王冰的浮升问力，蓄冰啊率不同，订其管内压乞力损失大鱼小也不同委。这种方汗法已经应旷用于雪水挤输送管路嘱内雪浓度咸的测量，浅雪与冰的板特性相同咽，故也可接以应用于让冰水混合挖物输送浓伐度的测量此中。在垂烈直上升管意内，设雪烘水的两相竿流动水力唇梯度偿为羞i(i=贱h/L勉)摆，相同流毅量的水的晴水力梯度视为昂i箱w牌，并假定泳冰的混入耗对管壁摩要擦力没有戴影响，此虫时管内蓄盒冰寺率羽C跌由通（雾2领）式给出与：款叮C=疮·利（皆2栗）乌栋式中门，猾Φ丈：附加压协力损失系把数，与管娃径和流量陆有关兄。回训研究表明翁，在管内崭流速不是歇很大，蓄牵冰率腹在染4唯%告范围以内发，可以准势确测量。缺在实际测亲量中，垂渡直上升管踪的长度很醋难取得较般长析。斜稼5练）超声波疲法勤情由发射器邻发出超声配波，经粒翁子的散射次、吸收而晋衰减，到副达接收器和时，其强侧度减小了灾。将超声集波发射器乔和吸收器第分别设置依在被测输询送管的两叔侧，测量失发射器发泼出的超声既波到达接挎收器的声装压级的衰炉减程度，裹判定有、鹊无冰晶粒扔子通过，贡或冰晶粒娇子通过多膊少，从而夜确定蓄冰疏率的大小罩。这种方紧法对悬浊颤液的测定珠已进入实图用化，对斗冰水混合乡物中的适解应性尚需润进一步进依行研究我。乱倘6及）超搅拌熄阻力笼法著窜利用检测婚插入管内恋的回转物酸体（圆环腊）的驱动精力矩来测谋量雪水两锯相流的蓄蜜冰率。装牌置利用法晴兰连接在见输送管上购，电机驱猴动回转物阿体以一定病转速转动鉴，测量所战需驱动力闹矩，蓄冰租率越高，鸽驱动力矩死越大，根润据蓄冰率容与驱动力邻矩的（实垮验数据）内关系，测嘴量混合物杜中的蓄冰木率。研究盼表明，驱根动力矩受辜流速和雪慨（冰）性嫂质的影响赢很小，在浆蓄冰率谈为铸6县%蛮范围以内筒，可以准姓确测量。勇这种方法侮可直接应辜用于冰水雄两相流中腾蓄冰率的右测量棒。蚁同7屈）导电度乔法跳践有人提出柜了测量冰裤水混合物址蓄冰率的代导电度法完技术方案滚，蓄冰率滋和冰水混狡合物电阻非率之间的搬关系由试冬验得出既：荣敞f淹=显（无3掠）躁笋式中务，抛f斩：蓄冰史率流嫂ρ诉：冰水电数阻历率到禾ρ衬ｗ：水的者电阻赞率栋垫除需要拟虾合准确的释试验公式忽外，还需芳同时测量机水与冰水口混合物的理电阻率，娇从而直接终计算出蓄粘冰率，并湾且需要对抢保护柏（方Guar骂d缝）电极进所行探讨，义以获得良碍好的精度弹、稳定性盯和通用性攀的测量方上法。测量锋电阻时，价在管内壁痒面上相向逮设置一对嗓电极。在妈测量管内和电阻时，选冰水不仅胶在电极之泼间，而且炒上、下游焦处于开放布状态，此脊时在测试扣用电极的钟两侧增设瓜保护举（赏Guar涛d暮）电极，踪有利于提叛高测量精己度额。级鼠8公）静电容普量欧法介罢与上述导惜电度法相奸似，冰水拳除具有不熔同的导电惨率外，还量具有不同设的诱电率缩。可以通斑过测定诱原电率来判猜定蓄冰率粗。在管路显上设置测芹量电极的森方法，这眉种用静电涨容量法测静量槽内蓄帆冰率的方岭法正处于弃研究阶段批。拉晶2.3弯羊采样法测宜量遮IPF葱采集试料塑（冰水混寸合物）测欺量蓄冰率尊不能实现掠在线测量摆和实时测冲量，但作割为校验其乔它测量方王法精度是范非常有用关的疤。铜克1容）热量钢法流忌测量积雪剖中含水率伤现在普遍弊采用秋天永谷式含水述率计。测超量温水与锻（含雪）珍试料混合跃后的平均泊温度，根沉据各质量晚与温度计节算含水率谜。测量精此度取决于彩质量与温毫度测量精练度，由于预是直接测面量，故测耳量精度较盯高。此方尼法常作为帅其它测试昼方法的校魂正手段信。甜醉2谋）离心脱指水蕉法额减对采样的雁冰水混合掌物经过滤瞒、离心脱目水处理后钓，测定冰厉的质量。装根据采用困热量法求浆取脱水后宁试料的含醋水率和