206 吸收式熱泵水平降膜吸收研究

1、吸收式熱泵水平降膜吸收研究吸收式熱泵水平降膜吸收研究清華大學(xué)孫健付林張世鋼摘要摘要本文建立了水平降膜吸收器內(nèi)的水蒸氣吸收單管模型。采用Nusselt溶液方程計(jì)算了液膜厚度和速度，利用質(zhì)量平衡和能量平衡關(guān)系構(gòu)建了傳熱和傳質(zhì)方程，并根據(jù)熱質(zhì)耦合的關(guān)系將傳熱方程與傳質(zhì)方程聯(lián)系起來，最終建立了溴化鋰水溶液水平降膜的穩(wěn)態(tài)吸收數(shù)學(xué)模型。為了驗(yàn)證該模型的正確性，我們搭建了目前國內(nèi)最大的吸收式換熱系統(tǒng)性能實(shí)驗(yàn)臺，該實(shí)驗(yàn)臺采用模塊化的設(shè)計(jì)理念，可用于測量

2、新結(jié)構(gòu)的傳熱和傳質(zhì)系數(shù)等用途。經(jīng)過對比理論計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者傳熱系數(shù)與傳質(zhì)系數(shù)的誤差在6%以內(nèi)。此模型的建立將為指導(dǎo)機(jī)組設(shè)計(jì)和理論研究提供了重要的依據(jù)。關(guān)鍵字關(guān)鍵字熱能工程；吸收；溴化鋰；模型；傳熱；基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：1、國家科技支撐計(jì)劃：電廠循環(huán)水余熱資源利用技術(shù)及裝備研究與示范(No:2007BAB23B01).NationScienceTechnologySupptPlanofPeoplesRepublicofChina(

3、No:2007BAB23B01).2、北京市科技計(jì)劃：利用電廠循環(huán)水余熱的供熱技術(shù)研究與應(yīng)用示范(No:D07040600560701)TheKeyProjectsoftheBeijingMunicipalScienceTechnologyPlan(No:D07040600560701)通訊作者通訊作者：孫健，清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系博士研究生。Email:yontheabsptionmodelinhizontalfallingfilma

4、bsptionheatpumpSunJianFuLinZhangShigangAbstractAnabsptionmodelwasestablishedfthehizontalfallingfilmabsber.TheNusseltsolutionffilmthicknessvelocitydistributionwasappliedthemassenergyconservationwereusedtobuildtheheatmasst

5、ransferequations.Besidesheatmasstransferequationswerejoinedbyreciprocityofeachother.Acompleteabsptionmodelwasgiven.IndertojustifythismodelthelargestabsptionsystemperfmanceexperimentbenchinChinawasbuilt.Theresultswerecomp

6、aredtoexperimentalvaluesshowedfairagreementwithanaverageabsolutedeviationof6%.Thismodelwillplayanimptantroleinabsptionsystemdesignrelativeresearch.Keywsthermalengineeringabsptionlithiumbroemodelheattransfer1前言前言常見的用于空調(diào)系統(tǒng)

7、的吸收式制冷機(jī)大都采用溴化鋰和水做為工質(zhì)。溴化鋰水溶液在吸收器內(nèi)吸收水蒸氣后放出熱量被冷卻介質(zhì)帶走。目前國內(nèi)的吸收式制冷機(jī)以水平降膜為主.吸收器由水平管束構(gòu)成，溴化鋰溶液從吸收器頂部噴淋而下，在管外流動(dòng)的同時(shí)吸收水蒸汽。溴化鋰溶液液膜的流動(dòng)主要受到重力和水蒸氣流動(dòng)的影響。如圖1所示，對于溴化鋰溶液而言，由于里維斯數(shù)Le=aD約等于100，因此可以認(rèn)為液膜內(nèi)溫度場的建立的速度要明顯高于濃度場的建立速度。由于水蒸氣吸收的汽化潛熱要遠(yuǎn)大于液膜

8、的顯熱，如果忽略顯熱的變化，液膜內(nèi)的溫度場將呈線性分布。由液面的速度作為基本參數(shù)來計(jì)算。因?yàn)閭鳠岬乃俣纫h(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳質(zhì)的速度，吸收過程的溫度場在很短的時(shí)間內(nèi)就可以達(dá)到穩(wěn)態(tài)。單根管的傳熱量可以用下式計(jì)算:(5)2()()()tubefilmiwowowicoolwicooloiQFTTFTTFTTdd??????????考慮到液膜的厚度和水平管的壁厚遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水平管的直徑，在此忽略水平管和液面的曲率的影響。為了保證冷卻水溫度近似恒定，必須保證

9、足夠大的冷卻水的流量。其中coolT水平管內(nèi)側(cè)的傳熱系數(shù)參照Gnielinski的擬合公式。管外側(cè)的傳熱系數(shù)由以下公式cool?計(jì)算:(6)3233sssfilmssg?????????由于忽略了上文中的提到的一些因素，而這些因素大多對傳熱是有利的，計(jì)算出的總傳熱系數(shù)要略小于真實(shí)值。2.2傳質(zhì)模型的建立傳質(zhì)模型的建立由于吸收器內(nèi)的水蒸氣壓力比較低，傳質(zhì)過程的阻力主要在氣相一側(cè)。由于液膜的里維斯數(shù)近似等于100，液膜內(nèi)的濃度場的形成要遠(yuǎn)慢

10、于溫度場的形成?？紤]到傳質(zhì)過程比較緩慢，管壁處的溴化鋰溶液的濃度近似不變。而且在汽液兩相界面處，液膜的徑向速度為0，因此相應(yīng)的液膜內(nèi)的空間可以認(rèn)為是一個(gè)半無限大空間。液膜內(nèi)的濃度場為液膜中的位置y和時(shí)間t的函數(shù)：2()HOCyt(7)2222()(0)()(0)(0)2HOHOHOHOCytCytyerfcCytCytDt??????當(dāng)時(shí)間t=0的時(shí)候，入口濃度是一致的，在接觸時(shí)間內(nèi)，22(0)HOinHOCCyt??expt當(dāng)液膜表面

11、濃度為一定值時(shí)可公式（7）是適用的。采用表格1的設(shè)定參數(shù)，根據(jù)公2HOiC式（4）可以計(jì)算出。根據(jù)公式（7）當(dāng)濃度變化擴(kuò)散到管壁處的時(shí)間為5秒。達(dá)到exptexpt后，可以得出濃度邊界層的厚度為0.3。然而，在y=0和y=0.3處的平均速度相差在3%σσ之內(nèi)。所以界面的對流對傳熱的影響可以忽略。水蒸氣的在汽液界面的吸收速率可以用菲克定律來計(jì)算：absm(8)220()HOCabsHOyymFMD?????水蒸氣吸收總量為：(9)expe