太阳能驱动的单-双效耦合吸收式制冷系统优化研究

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单-双效耦合吸收式制冷系统通过在单效运行模式、耦合运行模式与双效运行模式间切换可适应更宽温度范围的热源,改善单效系统对高温热源有效利用率低,双效系统在较低热源温度下无法稳定运行的问题,提高吸收式制冷系统效率及稳定性。但由于系统结构相对复杂,参数变化及运行模式改变对系统性能的影响规律更为复杂,为进一步分析参数变化及运行模式改变对性能的影响规律,对耦合系统进行仿真模拟分析。本文利用Aspen Plus软件搭建系统仿真模型,并选用ELECNRTL物性方法作为溴化锂溶液物性计算方法,系统循环流程采用有限Wegstein收敛方法作为系统模拟计算的基本方法。对系统单效运行模式与双效运行模式的驱动热源工况、溶液换热器温差、稀溶液浓度和并联流程溶液分配比例等参数进行优化研究;进一步分析单-双效耦合吸收式制冷系统在三种运行模式间切换系统性能的变化情况,以及稀溶液分配比例变化对耦合运行模式性能的影响规律。通过模拟分析发现:双效模式串、并联流程各部件负荷、换热面积均存在不同程度差异,串联流程总换热面积比并联流程大8.56%;并联流程溶液循环倍率仅为串联流程的一半左右,从而并联流程性能系数、热力学完善度、(火用)效率均高于串联流程。优化分析了热源流量和温度变化对系统影响,在蒸发温度5℃,冷却水温度30℃工况下,确定热源相对流量在80%~120%之间系统性能较优;系统单效运行模式热源温度在110℃~125℃,双效运行模式热源温度在165℃~175℃之间性能较优。采用优化系数对系统溶液换热器温差、稀溶液浓度、并联流程溶液分配比例等参数优化分析,当高温溶液换热器温差在8℃~20℃之间,低温溶液换热器温差在10℃~17℃之间,系统运行效果较优;考虑溶液结晶问题下,溴化锂稀溶液浓度在58%~61%之间系统性能较优;并联流程高压发生器溶液分配比例在50%~65%之间性能较优。热源温度在140℃~160℃之间,以耦合模式运行,系统整体性能更稳定。此情况下,系统由单效运行模式切换到耦合运行模式瞬时制冷量下降率为44%,比直接切换到双效运行模式瞬时制冷量的波动幅度降低了一半左右;相较于单效运行模式,COP整体提高了8%。通过稀溶液分配比例变化对耦合运行模式性能的影响可看出,稀溶液分配比例变化对制冷量与COP的影响规律相反,在综合考虑制冷量与COP情况下,耦合运行模式稀溶液分配比例越接近5:5,综合运行效果越优。进一步对不同压力与放气范围下高压发生器发生温度计算分析,确定双效运行模式串、并联流程系统大部分情况所需热源温度在150℃以上,建议采用U型管真空集热器、热管型集热器、菲涅尔式和槽式抛物面集热器较为合适。
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