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功能表面强化传热传质研究及其在车载溴冷机中的应用

作　者: 程金强
导　师: 梅宁
学　校: 中国海洋大学
专　业: 工程热物理
关键词: 降膜吸收功能表面传热传质溴化锂吸收式制冷
分类号: TB651
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文的主要目的是研究在竖直粗糙表面的液体均膜形成和稳定方法,并探索其在溴化锂吸收式制冷机中作为吸收器的应用,看能否实现该功能表面内侧溴化锂溶液均膜流动吸收水蒸气放热、外侧直接风冷散热的传热传质强化技术,并将此成果应用到车载溴化锂吸收式制冷系统中,探索有效的车载小型溴冷机方案。对功能表面的液体流动流场分布及在吸收水蒸汽下温度场的分布和空气侧扩展表面的强化传热进行了三维数值模拟,并对结果进行了可视化分析,显示了溶液在功能表面微槽道间的速度场和温度场分布,分析了粗糙突起的形状及排列对流场的影响,为吸收器结构设计提供了理论依据,并结合后期试验数据对数值模拟的物理模型进行不断改进,使模拟结果更准确更能反映实际的过程。在实践中以三种工艺方式来形成所需的功能表面,并对表面进行了热处理或者附着丝网以进行溶液二次分布,分别观察了其溶液喷淋均膜情况,总结了功能表面上实现均膜稳定技术的有效方法。设计出315w倾斜板式降膜吸收器,并以此搭建整个制冷系统试验台,通过不同工况下的试验研究,积累了大量的实验数据。通过研究发现该功能表面有独特的均膜效果,尤其是在将表面退火处理以后,液膜铺展面积更大更均匀,液膜平均厚度较小,满足溴冷机中吸收器蒸汽侧传质的要求;在强度允许情况下,将该板材厚度减小,并且在外侧加工上翅片以强化散热,又能满足吸收器空气侧风冷散热的要求。本文的研究为重量更轻、直接空冷的溴冷机中吸收器的开发提供一条解决途径,为溴冷机小型化、全空冷的实现并能作为车载制冷系统使用提供了一套行之有效的方案。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 前言  10-22
  1.1 课题背景及意义  10-11
  1.2 溴化锂吸收式制冷技术概述  11-16
    1.2.1 溴化锂吸收式制冷原理  11-12
    1.2.2 车载溴化锂吸收式制冷空调原理及可行性分析  12-13
    1.2.3 溴化锂吸收式制冷机国内外发展概况  13-14
    1.2.4 溴化锂吸收式制冷技术发展趋势  14-16
  1.3 相关研究结果的分析  16-21
    1.3.1 强化传热传质的研究现状  16-18
    1.3.2 溴冷机中吸收器的研究现状  18-19
    1.3.3 降膜吸收的研究概况  19-21
  1.4 本文的主要研究内容  21-22
2 功能表面降膜吸收传热传质特性研究  22-40
  2.1 物理及数学模型  22
    2.1.1 物理模型  22
    2.1.2 数学模型  22
  2.2 数值模拟方法  22-28
    2.2.1 流体动力学控制方程  23-24
    2.2.2 换热模型  24-25
    2.2.3 湍流模型  25-27
    2.2.4 边界条件  27-28
  2.3 几何模型的建立及网格划分  28-29
    2.3.1 模拟对象几何描述  28-29
    2.3.2 网格划分  29
  2.4 几何模型边界条件的定义  29-30
  2.5 FLUENT 中求解控制参数设置  30-32
    2.5.1 计算模型的选择  30-31
    2.5.2 求解器控制参数设置  31-32
    2.5.3 结果显式  32
  2.6 功能表面自由降膜数值模拟结果分析  32-35
    2.6.1 粗糙表面类型对流场均布性的影响  32-33
    2.6.2 表面突起排列对流场均布性的影响  33-34
    2.6.3 突起高度、突起间距对流场的影响  34-35
  2.7 功能表面喷淋降膜试验研究  35-37
    2.7.1 流量对表面湿润性的影响  35
    2.7.2 吸收板倾斜角度影响  35
    2.7.3 粗糙表面不同加工方式之间的差异  35-37
  2.8 功能表面板降膜吸收传热数值模拟结果分析  37-39
    2.8.1 翅片侧温度场分布  37-38
    2.8.2 不锈钢基板温度场分布  38
    2.8.3 数值模拟与试验结果对比  38-39
  2.9 小结  39-40
3 基于功能表面降膜吸收器的小型全空冷溴冷机试验台设计  40-67
  3.1 热力计算  40-44
    3.1.1 小型制冷样机设计目标及分析  40-42
    3.1.2 基于功能表面板吸收器的试验台热力计算  42-44
  3.2 热力计算辅助设计软件开发  44
  3.3 结构设计  44-53
    3.3.1 发生器及溶液换热器  45-47
    3.3.2 汽液分离器  47-48
    3.3.3 冷凝器  48-49
    3.3.4 冷剂水储液器  49
    3.3.5 U 型节流管  49-51
    3.3.6 吸收蒸发器  51-53
    3.3.7 V 型溶液配液槽  53
    3.3.8 试验台总成图  53
  3.4 校核计算  53-54
    3.4.1 溶液循环量及流速  53-54
    3.4.2 反生器至冷凝器过热冷剂蒸汽流速及压降  54
    3.4.3 蒸发器至吸收器冷剂蒸汽流速及压降  54
  3.5 试验台加工组装工艺  54-65
    3.5.1 试验台加工金属材料的选择  54-57
    3.5.2 钎焊焊接工艺  57-62
    3.5.3 数控电火花加工工艺  62-63
    3.5.4 试验台密封性检漏  63-65
  3.6 小结  65-67
4 试验研究及结果分析  67-76
  4.1 试验台试验方案  67-68
  4.2 试验台试验规范  68-69
    4.2.1 试验前准备工作  68-69
    4.2.2 试验过程规范  69
  4.3 试验结果分析  69-73
    4.3.1 全风冷试验数据汇总  69-71
    4.3.2 风速大小对试验结果的影响  71-72
    4.3.3 风温大小对试验结果的影响  72-73
    4.3.4 浓溶液流量大小对试验结果影响  73
    4.3.5 对比试验结果分析  73
  4.4 试验现象分析及结构改进  73-75
    4.4.1 发生器内电加热时有爆炸声的出现  73
    4.4.2 冷凝水的出现需要很长时间  73-74
    4.4.3 所用磁力耦合泵输送流体流量不稳定  74
    4.4.4 停机稀释防结晶方法  74
    4.4.5 发生器需保持一定液位的稳定性  74
    4.4.6 稀溶液回液管有时候看不见液位  74-75
  4.5 小结  75-76
5 总结与展望  76-79
  5.1 主要结论  76-77
  5.2 课题展望  77-79
参考文献  79-82
致谢  82-83
个人简历  83-84
硕士期间发表论文  84

功能表面强化传热传质研究及其在车载溴冷机中的应用

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