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真空条件下溶液再生机理研究

作　者: 张涛
导　师: 邹同华
学　校: 天津商业大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 真空技术再生数值模拟蒸发率
分类号: TB657
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在我国，建筑能耗占到了社会总能耗三分之一左右，并呈逐年上升之势，仅空调能耗就占到了建筑能耗的50％～70％，空调节能技术研究成为了当前的热点课题。传统的空调制冷严重依赖高品位能源作为驱动力，如电能或燃烧能等。同时，系统COP值较低、冷热抵消的现象较为严重，致使空调能耗与人们生活水平的提高呈现出较为尖锐的矛盾。在能源日益紧张的大背景下，综合考虑可再生能源和低品位热能利用、空气品质、保护臭氧层、节能等多种因素，溶液除湿空调将越来越广泛使用。本文主要研究真空条件下的溶液再生器，为新型溶液除湿空调系统的推广应用奠定坚实的理论基础和技术支持，对节能减排、保证空气品质以及推动动力工程及工程热物理学科的发展具有重要意义。本文将真空冷却技术与溶液再生技术相结合，基于真空状态下水分蒸发温度降低原理，将吸湿后的溶液置于一定的真空环境中，并加以适当的低温热源，使溶液再生，最终达到降低热源温度和节能的目的。文中对再生器中传热传质过程进行热力学分析，分别对冷水系统和热水系统进行了负荷计算，对冷水机组、真空冷却罐、真空泵等主要设备进行了选型设计，顺利的搭建了一套真空条件下盐溶液再生系统实验台。从溶液沸腾角度对真空再生过程进行了理论分析，结合溶液再生的汽液平衡理论对蒸发过程进行平衡分析，计算得到温度范围为35℃~55℃，浓度范围为20%~35%的溶液的表面蒸汽压力；采用集总参数法和COMSOL Multiphysics模拟软件对溶液沸腾过程进行了模拟计算，最终得到不同因素对溶液蒸发率的影响。对真空条件下溶液再生过程进行了正交实验研究。根据设备运行特点和实验需求确定了正交试验方案，实验因素包括溶液的初始浓度、热水温度、热水流量、冷水温度及冷水流量，实验结果表明，外部热源温度和溶液的初始浓度对溶液再生率的影响较大，热水流量、冷水温度和冷水流量三者影响较小，且差距不大。引入溶液再生性能系数RCOP对真空条件下溶液的再生效率进行能耗评价，并根据实验结果得出再生系统的最佳运行状态；将正交实验结果与模拟计算值进行对比，并进行了误差分析；最后根据实验结果和实验过程中的设备运行工况，对实验台的研究方向提出了一些合理性建议。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章前言  9-16
  1.1 研究背景  9-13
    1.1.1 能耗现状分析  9
    1.1.2 除湿技术的发展及应用  9-11
    1.1.3 溶液除湿系统再生器类型  11-13
  1.2 研究现状  13-15
    1.2.1 再生器的国内外研究现状  13-14
    1.2.2 真空冷却技术研究现状  14-15
  1.3 本文的研究内容  15-16
第二章溶液再生装置的设计  16-30
  2.1 引言  16
  2.2 真空罐的设计  16-18
    2.2.1 真空罐结构设计计算  16-17
    2.2.2 真空罐结构设计  17-18
    2.2.3 真空罐的保温设计  18
    2.2.4 真空再生罐的加工  18
  2.3 真空泵的选择  18-21
    2.3.1 真空泵设计原则  18-19
    2.3.2 真空泵的计算  19-20
    2.3.3 真空泵的选型  20-21
  2.4 捕水器的设计计算  21-23
    2.4.1 捕水器的类型  22
    2.4.2 捕水器的设计  22-23
  2.5 制冷系统设计  23-26
    2.5.1 总体方案的选择  23
    2.5.2 压缩机的选择  23-24
    2.5.3 冷凝器的选择  24-25
    2.5.4 附件及系统三维图  25-26
  2.6 再生溶液的选择  26-29
    2.6.1 盐溶液的类型分析  26-27
    2.6.2 LiCl 溶液的特性  27-29
  2.8 小结  29-30
第三章真空条件下溶液再生的理论研究  30-47
  3.1 溶液再生的理论分析  30-32
    3.1.1 溶液的沸腾传热  30-31
    3.1.2 溶液的相平衡  31-32
    3.1.3 小结  32
  3.2 溶液再生的汽液平衡模型  32-36
    3.2.1 EOS 法  32
    3.2.2 活度系数法  32-36
  3.3 溶液再生的集总参数模型  36-39
    3.3.1 降温阶段  36-37
    3.3.2 等温阶段  37-39
  3.4 COMSOL Multiphysics 模拟  39-47
    3.4.1 COMSOL Multiphysics 介绍  39-41
    3.4.2 控制方程  41
    3.4.3 边界条件  41-42
    3.4.4 两相流模型  42
    3.4.5 物理模型的建立和求解  42-47
第四章真空溶液再生的实验研究  47-61
  4.1 实验目的  47
  4.2 实验评价指标  47-48
  4.3 实验方案设计  48-49
  4.4 实验测量系统  49-54
    4.4.1 压力测量  49-50
    4.4.2 温度采集  50
    4.4.3 导热系数和比热的测量  50-51
    4.4.4 溶液的粘度系数和表面张力的测量  51-53
    4.4.5 功率的测量  53-54
  4.5 实验结果分析  54-60
    4.5.1 实验数据分析方法  54-55
    4.5.2 蒸发率的实验分析  55-58
    4.5.3 溶液饱和蒸汽压力的实验分析  58-59
    4.5.4 再生系统的能耗分析  59-60
  4.6 本章小结  60-61
第五章实验模拟对比与误差分析  61-65
  5.1 表面蒸发压力模型的对比分析  61-62
  5.2 蒸发率模型的对比分析  62-63
  5.3 本章小结  63-65
第六章总结与展望  65-66
  6.1 总结  65
  6.2 展望  65-66
参考文献  66-69
发表论文及参加科研情况说明  69-70
致谢  70-71

真空条件下溶液再生机理研究

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