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高效溴化锂吸收式制冷循环及吸收器热质传递研究

作　者: 汪磊磊
导　师: 由世俊
学　校: 天津大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 吸收式制冷 排烟热回收 吸收器 滴状降膜流动 传热传质
分类号: TB64
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
下　载: 375次
引　用: 2次
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内容摘要


溴化锂吸收式制冷机作为以热能驱动的制冷系统,在平衡电力负荷,改善能源结构,余热回收利用等方面都发挥着重要的作用。为了推进溴化锂吸收式制冷技术的发展,一方面要开发新型高效的循环方式,提高能源利用效率,另一方面要对机组换热部件特别是吸收器部件的传热传质过程进行研究,降低机组的造价和体积。编制计算机程序对串联、逆串联和并联三效溴化锂吸收式制冷循环进行了分析,程序中使用了最新提出的高温溴化锂溶液物性方程。对不同循环的控制方程和求解方法进行了说明,并给出了计算结果。选择各种循环中最大溶液发生浓度差作为比较标准,对不同循环的COP做了比较,同时对高压发生器发生温度,发生压力和控制结晶温差在相同COP水平上进行了比较。结果表明,并联溶液热交换器后分流三效循环是较有前途的循环方式。针对直燃型三效溴化锂吸收式制冷机组炉膛排烟温度较高的特点,提出了在系统中增加一个排烟热回收发生器回收烟气余热,提高制冷效率的新型循环方式。以并联三效循环为基础,对新型循环的全年燃气节省收益进行了分析,利用经济分析方法优化了排烟热回收发生器设计尺寸。结果表明,新型循环中,排烟热回收发生器的最佳蒸气产生比例为2.8 %,具有一定的节能环保效益。使用高速摄像机拍摄了水平管间溴化锂溶液液滴的真实发展变化,包括液滴初始形成、拉伸、降落和管表面液膜的波动等在吸收模型中忽略的现象。利用图像边缘检测、曲线拟和、旋转积分等方法,得到了水平管间溴化锂溶液液滴表面积和体积随时间的变化关系。使用Fluent软件,对水平管间溴化锂溶液液滴的形成过程进行了三维模拟,并与实际拍摄图片作了对比分析。提出了不同降膜流量下管间液滴的发展预测曲线,以代替水平管间理想化的球型液滴,建立了考虑管间实际液滴流动的水平管束降膜吸收模型。分析了管间液滴降落吸收过程中的温度和浓度变化,计算了不同溶液降膜流量下,管束中各排水平管吸收蒸气量和溶液温度的变化。搭建了水平管束降膜吸收传热传质实验台,选择光管、花形管和花形翅片管作为实验铜管。向溶液中加入不同浓度的辛醇和异辛醇活性剂,得到了各种喷淋流量下吸收器的传热传质系数。结果表明,花形管的综合传递效果最好,活性剂对传热传质的强化作用要远远大于增强管,异辛醇的性能要优于辛醇。活性剂存在一个最佳添加浓度,降膜流量对活性剂的最佳添加浓度也有一定影响。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-12
第一章 绪论  12-31
  1.1 研究背景  12-15
    1.1.1 吸收式制冷的发展现状  12-13
    1.1.2 吸收式制冷的发展机遇  13-14
    1.1.3 吸收式制冷发展的方向  14-15
  1.2 国内外研究进展  15-28
    1.2.1 吸收制冷循环的研究  15-18
    1.2.2 带排烟热回收发生器的3GAX 循环  18-20
    1.2.3 降膜流动模态的研究  20-22
    1.2.4 液滴形成流动的研究  22-24
    1.2.5 降膜吸收模型研究  24-27
    1.2.6 降膜吸收实验研究  27-28
  1.3 研究意义  28-29
  1.4 研究方法和内容  29-30
  1.5 课题来源  30-31
第二章 三效溴化锂吸收式制冷循环研究  31-58
  2.1 高温溴化锂溶液物性方程  32-34
  2.2 三效循环流程简介  34-35
    2.2.1 蒸气侧循环方式  34-35
    2.2.2 溶液循环方式  35
    2.2.3 冷却水流程  35
  2.3 建模假设及计算原理  35-36
    2.3.1 模拟假设条件  35-36
    2.3.2 热力计算基本原理  36
  2.4 并联三效循环模拟  36-42
    2.4.1 循环描述  36-38
    2.4.2 控制方程  38-39
    2.4.3 模型求解  39-41
    2.4.4 计算结果  41-42
  2.5 串联三效循环模拟  42-47
    2.5.1 循环描述  42-43
    2.5.2 控制方程  43-44
    2.5.3 模型求解  44-46
    2.5.4 计算结果  46-47
  2.6 逆串联三效循环模拟  47-51
    2.6.1 循环形式  47-48
    2.6.2 控制方程  48-49
    2.6.3 模型求解  49-50
    2.6.4 计算结果  50-51
  2.7 不同三效循环的比较  51-57
    2.7.1 不同循环的比较标准  51-53
    2.7.2 模拟条件  53-54
    2.7.3 COP 的比较  54-55
    2.7.4 高压发生器发生压力的比较  55
    2.7.5 高压发生器发生温度的比较  55-56
    2.7.6 控制结晶温差的比较  56-57
  2.8 本章小结  57-58
第三章 带排烟热回收的三效循环模拟优化分析  58-78
  3.1 循环模拟方法  58-70
    3.1.1 带排烟热回收的串联三效循环  58-62
    3.1.2 带排烟热回收的逆串联三效循环  62-66
    3.1.3 带排烟热回收的并联三效循环  66-70
  3.2 新型循环的结果分析  70-77
    3.2.1 模拟条件  70
    3.2.2 计算结果  70-72
    3.2.3 烟气传热计算  72-73
    3.2.4 优化分析  73-77
  3.3 本章小结  77-78
第四章 水平管间滴状降膜流动实验与模拟研究  78-106
  4.1 实验装置与工作流程  78-81
  4.2 观察和讨论  81-88
    4.2.1 液滴形成的不稳定性  81-82
    4.2.2 液滴形成、脱落和降落  82-86
    4.2.3 液膜的波动现象  86-88
  4.3 溴化锂溶液管间液滴形成与数字化处理  88-91
    4.3.1 溴化锂溶液管间液滴形成描述  88-89
    4.3.2 液滴图像边缘辨识与数学描述  89-90
    4.3.3 管间液滴形成发展曲线  90-91
  4.4 水平管间溴化锂溶液液滴形成模拟研究  91-105
    4.4.1 自由表面问题的处理方法  91-93
    4.4.2 控制方程和求解算法  93-95
    4.4.3 Fluent 中模型的建立  95-99
    4.4.4 计算设置  99-100
    4.4.5 计算结果与分析  100-105
  4.5 本章小结  105-106
第五章 考虑管间滴状流动的水平管束降膜吸收模型  106-125
  5.1 液滴发展预测模型  106-109
  5.2 降膜吸收模型  109-116
    5.2.1 降膜吸收过程描述  109-110
    5.2.2 管表面降膜吸收  110
    5.2.3 管间液滴形成阶段  110-115
    5.2.4 管束降膜计算  115-116
  5.3 结果与分析  116-124
    5.3.1 管间液滴形成阶段吸收分析  116-120
    5.3.2 模拟与实验的对比  120-122
    5.3.3 不同溶液质量流量水平对吸收器性能的影响  122-124
  5.4 本章小结  124-125
第六章 水平管束降膜吸收增强实验研究  125-145
  6.1 活性剂强化机理  125-128
    6.1.1 孤岛效应  125-126
    6.1.2 盐析效应  126-127
    6.1.3 表面吸附理论  127-128
  6.2 实验装置介绍  128-132
    6.2.1 溶液发生-吸收装置  128-129
    6.2.2 溶液加热子系统  129-130
    6.2.3 冷却水循环子系统  130
    6.2.4 配电子系统  130
    6.2.5 真空保证与采样分析子系统  130-131
    6.2.6 数据采集子系统  131
    6.2.7 主要实验装置参数  131-132
  6.3 实验参数的选择  132-134
    6.3.1 溶液进口浓度  132-133
    6.3.2 溶液进口温度  133
    6.3.3 冷却水参数  133
    6.3.4 实验管型的选择  133-134
    6.3.5 活性剂种类及添加浓度  134
    6.3.6 溶液喷淋密度范围  134
  6.4 实验目的  134-135
  6.5 实验步骤  135-136
  6.6 数据处理  136-138
    6.6.1 单根管上溶液温度和浓度的计算  136-137
    6.6.2 界面传热传质系数的确定  137-138
  6.7 实验结果分析  138-144
    6.7.1 管排上的传热传质系数  138-140
    6.7.2 传热传质影响因素的综合比较  140-142
    6.7.3 活性剂浓度对传热传质的影响  142-143
    6.7.4 溶液喷淋密度对活性剂添加浓度的影响  143-144
  6.8 本章小结  144-145
第七章 结论与展望  145-148
  7.1 研究结论  145-146
  7.2 研究展望  146-148
参考文献  148-159
发表论文和科研情况说明  159-161
致谢  161

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 制冷工程 > 制冷材料
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