太阳能溴化锂吸收式制冷系统吸收特性的研究.pdf

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太阳能溴化锂吸收式制冷系统吸收特性的硏究
胡晓景林浩斌何德辉庞汉文
(广东省自动化研究所)
摘要:太阳能溴化锂吸收式制冷系统的吸收器采用传热、传质分离装置,利用预冷器预先冷却和喷淋吸收
的方法完成对传热、传质的分离。通过建立吸收器的计算模型,分析冷冻水出口温度、冷却水进口温度、热水温
度、喷淋温度、喷淋密度等因素对传热、传质的影响。利用传热、传质分离方法,使系统的吸收特性得到强化,
从而使系统获得较高的性能系数。
关键词:溴化锂;热质分离;喷淋吸收
0引言
国内,浙江大学的郑飞??等采用绝热降膜吸收
的方式对溴化锂制冷吸收器进行初步研究和实验;使
随着经济的发展,资源短缺和环境恶化是人类共
用传热、传质分离的方法分别对単、双效溴化锂吸收
同面对的问题,20世纪70年代出现了世界性的能源式制冷循环的吸收器进行实验研究"。这些研究表
危机。吸收式制冷因其具有耗电少、能源适应性强、
明:采用传热、传质分离的方法,可提高制冷系数,
制冷工质对环境无影响等优点而成为制冷空调领域
减小设备体积
的研究焦点叫。自20世纪80年代以来,溴化锂(LiBr)
国内外学者对传热、传质分离的溴化锂吸收式制
吸收制冷产业在我国迅速发展,产量已经跃居世界前
冷系统作了许多尝试,但对比于降膜吸收过程研究,
列叫。利用太阳能制冷可以缓解目前能源短缺和环境
传热、传质分离的研究还不多,而针对溴化锂水溶液
问题,也是当今制冷技术研究热点。太阳能溴化钾吸
传热、传质分离的吸收过程的研究则更少。
收式制冷机,利用低品位热源,不产生温室效应,对
大气臭氧层没有破坏作用。广东和山东已分别有两座1建立吸收器简化模型
利用太阳能溴化锂吸收式制冷机系统的样板工程?。
吸收器是溴化锂吸收式制冷系统的重要组成部
目前,发展较为成熟的溴化锂吸收式制冷机的吸分。目前多采用降膜吸收器,但其换热效率比较低,
收器多为降膜式吸收器。 Morioka,.等假设降膜表面降膜吸收过程如图1所示。
波动为正弦波,研究溴化锂水溶液波状膜对水蒸气的
来自分布器
吸收过程,分析其对降膜吸收的影响。结果表明,相
的Lir溶液
较雷诺数小于20的光滑表面层流,雷诺数介于
20~100的膜,波动时吸收效果扩大2倍。 Wasden
一降膜
等采用稳态层流动量方程计算二维波动降膜流动。
液滴形成
Yan?等建立降膜湍流流动的稳态模型。 William
0液滴下落
Arthur Ryan!等对溴化锂吸收制冷喷雾吸收器的吸收
特性进行研究,提出使用喷雾吸收和降膜吸收相结合
降膜
的吸收器方案,从而使装置具有更高的传热、传质效
率。 Warnakulasuriya等用几种新的吸收工质对喷雾
吸收器进行了理论和实验研究。
图1降膜吸收过程
降膜吸收器溶液吸收冷剂蒸汽的过程:溴化锂浓2模型假定及平衡方程的求解
溶液自分布器落到冷却水管上,在管壁上形成液膜,
为使吸收模型便于求解,假定以下基本条件:
液膜降至冷却水管底部形成液滴。同时吸收器内的冷
1)吸收过程中,溴化锂溶液的物性参数不变,与
剂蒸汽自下而上与溴化锂溶液在流动的液膜上进行
其温度、浓度无关
传热传质。
2)汽液界面始终处于平衡状态;
本文提出了一种适用于太阳能热源的新型增压
3)溶液吸收气体所产生的吸收热全部被液膜吸
式传热、传质分离的溴化锂吸收式制冷循环系统。系
收
统采用喷雾吸收方法,其过程为:先冷却溴化锂溶液
4)管壁内为一维径向导热
到过冷状态;然后过冷状态溴化锂溶液在吸收器内喷
5)管内冷却水沿管长方向的温度处处相等,且等
雾,溴化锂液滴在吸收水蒸气下落的过程中,同时吸于进出口温度的平均值。
收自身产生的热量而温度升高,直到溶液达到汽液平
吸收过程要满足以下守恒条件和状态方程:
衡。太阳能溴化锂吸收式制冷系统的流程如图2所示。
)热传递方程Q=KA△t(K为传热系数;A为
增压机
发生器
冷器
换热面积,均为定值)
2)能量平衡方程Q进=Q出(流入与流出吸收器
溶液热
溶液的热量相等)
交换器
节流
3)溶液质量平衡方程mxi=m2x2(m1代表单位
泵の
时间内进入吸收器的溶液质量:m2代表单位时间内流
出吸收器的溶液质量;代表喷淋溶液浓度:;x2代表
吸收器
发器
吸收器出口的溶液浓度)
图2太阳能溴化锂吸收式制冷系统流程图
4)溴化锂溶液的状态方程F(D,x)=0,(p
为平衡态溶液压力:t为温度:x代表浓度)
在降膜吸收器溴化锂溶液吸收蒸汽的过程中,不
5)吸收器内的质量守恒方程m进=m出(m进代表
仅有传质流动,同时还有传热进行,两者互相影响,
进入吸收器的水蒸气质量和流入吸收器的溶液质量
致使传热、传质的机理复杂。本文采用预冷器预先冷之和;m出代表单位时间内流出吸收器的溶液质量)
却溴化锂溶液,使溴化锂溶液在吸收蒸汽过程中产生
鉴于篇幅有限,状态方程具体的离散求解过程可
的吸收热在预冷器中提前释放,在吸收器中只进行传参照文献[13所介绍的流动及传热计算方法,对吸收
质的绝热过程,从而实现了热、质分离。整个装置系过程的偏微分方程进行离散化并求解。
统包括喷淋式吸收器、冷凝器、发生器、溶液泵、溶
液热交换器、预冷器和节流阀。其吸收器简化模型图
计算过程和结果分析
如图3所示。
由太阳能热源驱动的热、质分离的溴化锂吸收制
冷系统设计参数如表1所示。
至冷凝器
自发生器
表]溴化锂吸收式制冷系统设计参数表
吸
制冷量八kW
自蒸发器
收
器
冷冻水出口温度/℃
14
至发生器
冷却水进口温度/℃
31
热水进口温度/"C
90
图3吸收器简化模型图
2014年第35卷第1期自动化与信息工程33