氨水吸收式制冷系統(tǒng)的內(nèi)部回?zé)嵫芯?pdf

1、隨著人類生活水平的提高，制冷空調(diào)在工業(yè)和民用領(lǐng)域越來越普及，在帶來生產(chǎn)和生活便利的同時，也帶來了相當(dāng)大的能耗。吸收式制冷系統(tǒng)可由太陽能、工業(yè)廢熱和地?zé)岬鹊推肺粺嵩打?qū)動，大大降低了電力消耗，并且提高了總的能源有效利用率。相比于溴化鋰-水吸收式制冷系統(tǒng)，氨水吸收制冷具有蒸發(fā)溫度可低于0℃、正壓易維護(hù)、無結(jié)晶危險和易實現(xiàn)風(fēng)冷等優(yōu)點，其缺點主要有系統(tǒng)性能低、需精餾過程、系統(tǒng)體積大和初始投資高等。而系統(tǒng)的內(nèi)部回?zé)崮軌蛴行岣呦到y(tǒng)性能，本文對氨水吸

2、收式制冷系統(tǒng)的內(nèi)部回?zé)徇M(jìn)行了深入的理論、數(shù)值與實驗研究。
　　以低蒸發(fā)溫度工況為例，使用溫度-熱負(fù)荷（T-Q）圖示方法，利用夾點技術(shù)推導(dǎo)出了氨水吸收式制冷系統(tǒng)的最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)，其特點是泡點加料、濃溶液分流進(jìn)行精餾熱回收、高溫部分的稀溶液用于氣體發(fā)生過程。不同工況下對應(yīng)著的最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)并不是唯一的，當(dāng)吸收過程和發(fā)生過程有溫位重疊時，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)為GAX循環(huán)。確認(rèn)了飽和加料條件和降低背景過程曲線口袋內(nèi)的熱流量是系統(tǒng)內(nèi)部回?zé)岬年P(guān)鍵點。對兩

3、級氨水吸收系統(tǒng)進(jìn)行了最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)研究，結(jié)果表明了夾點分析方法對氨水吸收系統(tǒng)的普適性。
　　采用熱力學(xué)第一定律分析了最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)的性能，以及與傳統(tǒng)循環(huán)性能的比較。最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)的性能提高效果非常明顯，隨著高溫溫度的上升，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)的性能提高比增大；隨著中溫溫度的上升，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)的性能提高比先增大后減小，說明存在一個最優(yōu)中溫溫度使得性能提高比最優(yōu)；隨著低溫溫度的上升，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)的性能提高比先減小，在采用GAX循環(huán)后迅速增大。在穩(wěn)定

4、的工況范圍內(nèi)，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)相比于傳統(tǒng)循環(huán)的性能提高20％以上。回?zé)釢摿Ρ?可以直觀有效的看出最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)相比于傳統(tǒng)循環(huán)的回?zé)釢摿?。熱力學(xué)第一定律從數(shù)量上說明了最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)性能的提高。
　　采用卡諾因子-熱負(fù)荷（η-Q）圖清晰地表示各個換熱過程的損失。通過比較，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)通過良好的循環(huán)構(gòu)建降低了各傳熱過程的溫差，使得能量得到有效利用，從而降低了系統(tǒng)的總體損失。指出了傳統(tǒng)氨水吸收制冷系統(tǒng)分析的不足，分析了可避免的損失中應(yīng)包含因循環(huán)構(gòu)

5、建引起的損失。量化分析結(jié)果表明最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)的內(nèi)部換熱過程損失高于傳統(tǒng)循環(huán)，而外部傳熱損失小于傳統(tǒng)循環(huán)。由于熱源平均溫度和環(huán)境溫度不變，最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)減小的損失完全是由于最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)構(gòu)建而引起的。熱力學(xué)第二定律從本質(zhì)上說明了最優(yōu)回?zé)嵫h(huán)性能提高的原因。
　　根據(jù)研究的工況，提出了簡化后能夠應(yīng)用于實際系統(tǒng)的多股流熱集成結(jié)構(gòu)。為了研究內(nèi)部傳熱傳質(zhì)機(jī)理以及結(jié)構(gòu)的有效設(shè)計，對此熱集成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬?；陔p膜理論建立了物理模型和數(shù)學(xué)模型，模

6、型同時考慮了氣相和液相的傳熱傳質(zhì)阻力。使用有限差分法，編制計算機(jī)程序求解數(shù)學(xué)模型中的非線性方程。此熱集成結(jié)構(gòu)的長度和進(jìn)出口條件以及沿結(jié)構(gòu)長度氣相和液相的溫度分布和濃度分布可以由數(shù)值結(jié)果中獲得。數(shù)值計算結(jié)果表明傳熱阻力主要集中于氣相，而傳質(zhì)阻力主要集中于液相。因此，傳熱強(qiáng)化應(yīng)關(guān)注氣相而傳質(zhì)強(qiáng)化應(yīng)關(guān)注液相。滿足傳熱的結(jié)構(gòu)熱設(shè)計同樣滿足傳質(zhì)的要求。
　　根據(jù)提出的簡化后的回?zé)醿?yōu)化循環(huán)，使用螺旋管式換熱器構(gòu)建了新的熱集成結(jié)構(gòu)，對回?zé)醿?yōu)化熱

7、集成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了實驗研究。設(shè)計了單壓氨水吸收式制冷系統(tǒng)，實驗臺的構(gòu)造可以模擬實際系統(tǒng)的高壓部分。穩(wěn)態(tài)實驗結(jié)果表明，熱集成結(jié)構(gòu)可以有效的運(yùn)行，各部件功能完成情況良好，分流比的控制和散熱損失影響了系統(tǒng)的換熱過程和性能。實驗結(jié)果驗證了此多股流熱集成結(jié)構(gòu)的可行性和有效性。
　　為了驗證回?zé)醿?yōu)化循環(huán)應(yīng)用到實際系統(tǒng)的可行性與可靠性，根據(jù)回?zé)醿?yōu)化循環(huán)設(shè)計了漁船發(fā)動機(jī)尾氣余熱驅(qū)動的氨水吸收冷凍樣機(jī)。冷凍機(jī)還充分考慮了船舶應(yīng)用時搖擺、震動、腐蝕和空間

8、不足的情況。根據(jù)熱平衡設(shè)計了測試系統(tǒng)。實驗結(jié)果表明冷凍機(jī)組能夠長時間平穩(wěn)運(yùn)行，發(fā)生方式可適應(yīng)發(fā)電機(jī)尾氣溫度的劇烈變化，精餾效果良好，無液泛等嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的現(xiàn)象發(fā)生，實現(xiàn)了設(shè)計時的工況要求。冷凍機(jī)組在蒸發(fā)溫度-22--14℃之間變化，冷凝溫度在25-34℃之間變化的工況下，輸出冷量在25-35kW之間，熱力COP在0.4-0.6之間。在冷凝溫度為29℃，蒸發(fā)溫度為-19℃時，平均輸出制冷量為27.4kW，平均輸出COP為0.5。實驗結(jié)