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1、冰输冷降温系统的基本原理冰的吸热能力分析小于 0 oC 冰的比热为 2.09 KJ /( kg/ oC ) ，即单位质量的冰温度每升高1 oC 能吸收2.09 KJ /( kg / oC ) 的热量； 冰的溶解潜热为 335 KJ /(kg/oC) ，即从 0oC 的冰溶解为 0 oC 的水时，能吸收 335KJ 的热量； 水的比热为 4.187 KJ /(kg/oC) .即单位质量 0 oC 的水温度每升 高1oC，所吸收的热量为 4.187KJ。则低于0°C的冰融解为高于0°C的水，单位质量的冰输冷能力为： DSTL Ci (Tt Tm) Q1 Ci (T3 Tt )
2、式中：冰的比热， 。冰水相变潜热， 。水的比热， 。冰的相变温度，0 oC 。冰晶的平均温度， 取制冰末期温度范围上下限的平均值， 末期温度一般在 -3-9:； 用冷水输冷时，要去掉式中涉及相变潜热和冰的显热部分，即：DSTL Ci (T3 Tt )0OC冷水吸热后最终水温升至50C时，1oC的冰，相当于99.7KW h。因此理论上， 在水和冰两种输冷介质同样体积下， 并输冷能力约为水输冷能力的17 倍。冰输冷降温系统的工作原理冰输冷降温系统 的主要原理是利用冰融解需要吸收大量的热通过冰水直接接触换 热，理想状态下可以直接将水冷却到接近 0，然后把换热所得冷水送到各工作面 进行降温。冰输冷降温
3、系统主要由制冷制冰、 冷凝散热、 输冰融冰和输冷散冷四个有机部分 组成，地面制冰站制冰，通过管道输送，最终将 冰晶送至井下的融冰装置。在融冰装 置内， 冰与井下降温系统的回水进行充分热交换， 产生接近 0 的冷水， 再被输送到需要降温 的工作地点。并输冷降温系统工艺简图如下：输冷系统&冲舷I冰输冷降温系统的理论体系冰输冷降温的系统结构模型如下图所示：冷却系统Z1冰的制备方法及选择制冰方法有静态制冰和动态制冰两种方式。所谓静态制冰是指在冷却管外或盛冰容器内结冰，冰处于相对静止状态；所谓动态制冰是指生成的冰浆或冰晶处于运动状态。静态制冰法可分为管外制冰、管内制冰和密闭容器制冰等几种方式。管
4、外制冰由沉浸在充满水的贮槽中水的热量，使水降温而形成冰层。在管外结冰过程中，制冷剂与水通过热管表面 接触，冷媒吸收水的热量，开始时因冰层薄通过管壁的传热较快，但随着结冰厚度的增加， 由于冰的导热系数小，结冰速度降低很欢快。管内制冰为冷媒通过管外，管内结冰，冷却方式为冷媒直接膨胀或盐水循环冷却。这种制冰方式容易造成管内冰堵塞，在大型降温过程中难以实际应用。密闭容器制冰是将密闭在一定形状的塑料容器内的水制成固态冰的过程。容 器形状有球形、圆柱形、平板型。冷却方式盐水循环冷却。 近年来，动态制冰技术越来越受关注。目前国内外动态制冰的方法大致有以下几种：（1）具有机械刮板装置的制冰法：制冰主要部件是蒸
5、发器用的冰筒，冰筒设计成内外套 筒结构，制冷工质在内筒和外筒之间蒸发。在内筒中装有可旋转的机械刮板，有独 立点击驱动，刮板紧贴内壁转动挂下冻结在筒壁上的冰层或冰晶，桶内的载冷剂可 以用淡水也可以用盐水（或海水） 。用淡水制冰，淡水由设在内筒上方的喷嘴喷入， 制冷剂与载冷剂通过内筒壁换热，使载冷剂温度迅速降低，在内筒壁上方结成薄薄 的冰层，然后利用旋转的刮板刮下后形成冰片。用这种方法制冰可获得动态片冰， 制冰过程连续，制冰量大，制冰设备技术也比较成熟。制冰机蒸发温度一般在 -1530 ，较低的蒸发温度可使冰粒具有较大的过冷度，减小输送过程中冰融化损 失，而且便于输送。目前孙村矿所采用的就是这种制
6、冰方式 也可以用这种制冰方法获得冰水混合物的冰浆， 盐水（或海水） 制冰，盐水（或海水 ） 由内筒下方进入，形成的流冰由上方输出。流态冰的含冰量通常在 30%60% 之间， 可根据盐水浓度和蒸发温度进行调整。 用这种制冰方法可获得冰水混合物冰浆， 其流动性好，便于管道输送。这种制冰工艺要求制冰筒内筒为圆形，内筒材料可用 钢板或不绣钢板，对内筒的光洁度，以及机械刮板装置的安装精度要求较高。（2）以水为制冷工质的压缩制冷制取流体冰的方法：以淡水为制冷工质，同时也是制冰 原料，采用透平式压缩机（实际上是抽真空）制冷，使水在底压环境下通过闪发式 蒸发器蒸发，最低温度可达 -3，在低于 0 时水中有冰晶
7、生成。由于水在低温时比容 较大，实际上用这种方法制取的流体冰含量通常很低。该制冰方法的关键设备是透 平式压缩机， 透平式压缩机生产工艺复杂， 价格较高。 国内尚未见改种方法的报道。（3）过冷水动态制冰：将控制在非常稳定流动状态下的水通过过冷却器被冷却至过冷状 态（低于 0）而不让其结冰，然后高速喷出蓄冰槽，在蓄冰槽中，通过过冷解除装 置，如让流动的过冷水与挡板或器壁等固体表面或两部分过冷水之间发生激烈冲击， 突然增加其扰动，破坏过冷状态，使之析出冰晶颗粒成为冰水混合物，冰的密度小 于水的密度，而浮在蓄冰槽中，水被水泵吸入重新进入过冷器，进行制冷循环。通 过安设在蓄冰槽内的不锈钢流亡的微小冰晶在
8、进入过冷器之前被微小冰晶消除器消 除。日本对该种制冰方法做出了大量研究，目前该技术可达到 -3 左右，处于领先地 位。但这种制冰方法至今还不成熟，尚未广泛推广到实际应用中去。由于过冷状态 是水的亚稳定状态，现有的技术还不能保证其绝对的稳定存在，很容易受到扰动二 发生结冰冻结管道，过冷却器内频繁结冰，频繁融冰，将使得系统的可靠性和用能 效率下降。（4）真空制冰法制冰：在一个密闭的容器内，通过不断的抽出含有盐分的水蒸气，达到 沸腾与凝结同时存在的三相点状态。在该状态下，冰、液态水和水蒸气共存，通过 不断搅拌，冰泥可持续不断的产生。就一般情况而言，每产生 7.5Kg 的冰泥，约需 抽放 1Kg 的水
9、蒸气。丹麦技术研究所（ DTI ）开发了真空制冰晶机，用水制冷剂制 取冰晶。冰的运输 理论分析 冰水混合物属固液两相流。液固两相流混合物在管道中流动机理及动力学特性非常复杂， 比如颗粒之间的随机碰撞伴随着动量的传递与能量的耗散， 液固之间存在粘滞阻力、 升力等 相互作用， 液相呈现紊流， 颗粒与壁面的随机碰撞等。 注入此类复杂因素的存在增加了建立 等效简化模型的难度， 同时也导致了液固两相流理论发展相当缓慢。 目前的主要研究手段是 由实验得出的数据，整理成经验或半经验公式。冰的溶解井下冰的溶解问题属于直接固液相变传热。 相变问题包括相变和热传导两种物理过程， 具有 以下几个特点：（1）两相之间存在一个分界面，把两个不同的物性区分开来。（2）界面处存在相变潜热的释放或吸收，相界面位置S 会随时间二移动。溶解过程从区域的内部外推至区域的表面，直到溶解过程结束为止。（3）非线性的移动相界面边界条件