叉排管束與m-W引流絲網(wǎng)交替熱質(zhì)傳遞結(jié)構(gòu)吸收性能研究.pdf

1、吸收式制冷不僅能夠利用太陽能和工業(yè)余熱等各種低品位熱源，還滿足低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展要求。在吸收式空調(diào)制冷領(lǐng)域，當(dāng)制冷溫度不低于0℃時(shí)，溴化鋰吸收式制冷方式因其熱力系數(shù)高而成為首選。在溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中，吸收器是最核心的部件，其傳熱傳質(zhì)特性對整機(jī)特性影響重大。因此深入研究強(qiáng)化溴化鋰降膜吸收式制冷系統(tǒng)的吸收器結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部傳熱傳質(zhì)機(jī)理，不僅具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值而且還有廣闊的應(yīng)用前景。論文圍繞一種基于交替熱質(zhì)耦合的叉排管束與“M-W型”引流絲

2、網(wǎng)交替的新型吸收芯體結(jié)構(gòu)復(fù)合強(qiáng)化吸收方案，分別從理論建模、CFD模擬、試驗(yàn)臺搭建及調(diào)試、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果比較分析等方面開展相關(guān)研究。
　　所謂叉排管束與“M-W”引流絲網(wǎng)方案是指在叉排水平管束中插入波高與管束豎直方向管間距相同，波紋節(jié)距與管束水平方向中心距相同的縱向不銹鋼引流絲網(wǎng)，形成交替吸收芯體結(jié)構(gòu)，使溴化鋰溶液交替地在水平管表面上實(shí)現(xiàn)傳熱傳質(zhì)耦合吸收過程，然后再在絲網(wǎng)層內(nèi)實(shí)現(xiàn)絕熱傳質(zhì)吸收過程。因此該方案是一種結(jié)合內(nèi)冷吸收與絕

3、熱吸收交替進(jìn)行的復(fù)合強(qiáng)化方案。絲網(wǎng)填料不僅具有良好的混合作用，溶液還能在其表面形成極薄的雙面液膜。
　　理論建模方面，將整個(gè)吸收器劃分為管表面降膜吸收區(qū)、絲網(wǎng)填料層內(nèi)絕熱吸收區(qū)和管內(nèi)冷卻水流動(dòng)區(qū)以及在單列水平管束方案中管子之間自由下落的液滴或液柱流動(dòng)區(qū)并分別建立模型，在各局部模型基礎(chǔ)上建立整個(gè)吸收器總的傳熱傳質(zhì)模型，采用MATLAB軟件編寫程序?qū)δＰ瓦M(jìn)行求解。首先采用當(dāng)前模型計(jì)算得到的單管外液膜內(nèi)和單列水平管束內(nèi)的溫度和濃度分布與

4、Kyung等的模擬結(jié)果相互吻合，驗(yàn)證了本文模型的可靠性;然后通過研究單根水平圓管表面液膜、絲網(wǎng)填料層內(nèi)液膜和單列水平管束與絲網(wǎng)填料層交替結(jié)構(gòu)內(nèi)以及單列水平管束局部傳熱傳質(zhì)規(guī)律，分析研究了不同管徑和管間距對吸收器性能的影響。結(jié)果表明孔隙率為0.9時(shí)，絲網(wǎng)填料層吸收水蒸汽效果最佳;單列水平管束與引流絲網(wǎng)層交替結(jié)構(gòu)的傳熱傳質(zhì)性能優(yōu)于不添加絲網(wǎng)的單列水平管束結(jié)構(gòu)。
　　CFD模擬方面，用GAMBIT軟件分別對單根水平圓管、單層絲網(wǎng)、水平管

5、束吸收器、水平管束與引流絲網(wǎng)層交替吸收器建立三維幾何模型，用FLUENT軟件的VOF方法對其分別進(jìn)行CFD求解計(jì)算。水平管外液膜為層流狀態(tài)時(shí)，CFD模擬得到的液膜速度、溫度和濃度與文獻(xiàn)相吻合，說明VOF模型研究水平管外降膜吸收是可行的。CFD模擬顯示液膜在絲網(wǎng)網(wǎng)孔中心形成凹透狀的雙面液膜，濃度分布云圖與溫度云圖呈相似趨勢，液膜內(nèi)外溫度差和濃度差分別接近2℃和1％。對“M-W型”絲網(wǎng)和未添加絲網(wǎng)的兩種吸收器分別進(jìn)行CFD模擬，結(jié)果表明“M

6、-W型”絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)提高了管表面潤濕面積，充分利用管的冷卻能力，吸收器內(nèi)溶液溫度呈波動(dòng)變化，濃度逐漸降低，管表面局部換熱系數(shù)高于無絲網(wǎng)吸收器，“M-W型”引流絲網(wǎng)能顯著提高吸收器的傳熱傳質(zhì)效率。
　　實(shí)驗(yàn)研究方面，參與設(shè)計(jì)并搭建了一套集降膜吸收、參數(shù)控制、數(shù)據(jù)測量和采集為一體的單壓力吸收和解吸的閉式實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。依托該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)分別考察不同參數(shù)條件對整個(gè)吸收器傳熱傳質(zhì)性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別與數(shù)值模型以及CFD模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。吸收

7、器內(nèi)平均的傳熱傳質(zhì)系數(shù)隨著噴淋密度、噴淋濃度、吸收壓力和冷卻水質(zhì)量流率增大而增大，隨著噴淋溫度和冷卻水入口溫度的降低而減小;質(zhì)量流分配比ε越大，傳熱傳質(zhì)系數(shù)越大，實(shí)驗(yàn)值介于ε為0.6和0.8之間，說明實(shí)驗(yàn)中存在30％左右溶液旁落現(xiàn)象;冷卻水質(zhì)量流率超過12kg/min，其對傳熱傳質(zhì)的影響越來越小，實(shí)際運(yùn)行中，冷卻水流量建議選擇12kg/min。相同的工況條件下，與水平管束無絲網(wǎng)吸收器相比，叉排管束與“M-W型”引流絲網(wǎng)交替吸收器的傳熱傳