【摘 要】
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吸收器作为吸收式制冷系统中的传热传质部件,其结构和工作方式对系统性能有重要影响。降膜式吸收器是令浓溶液在吸收器表面形成流动液膜并与冷媒蒸气直接接触的非绝热型吸收器,具有传质面积大、结构紧凑、换热效果好以及溶液、冷媒流量连贯等优势。削弱降膜的液膜厚度、提高液膜与冷却介质的换热效果及吸收速率能有效提高降膜式吸收器的吸收性能,进而提高吸收式制冷系统整体能效比。本文提出了一种利用氨-盐工质对高工作压差形成
【基金项目】
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国家自然科学基金项目,项目名称:自由表面微尺度液膜强化吸收机理及提升风冷氨-盐吸收式制冷循环性能研究,项目编号:No.51706077,起止时间:2018年10月至2021年2月;
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吸收器作为吸收式制冷系统中的传热传质部件,其结构和工作方式对系统性能有重要影响。降膜式吸收器是令浓溶液在吸收器表面形成流动液膜并与冷媒蒸气直接接触的非绝热型吸收器,具有传质面积大、结构紧凑、换热效果好以及溶液、冷媒流量连贯等优势。削弱降膜的液膜厚度、提高液膜与冷却介质的换热效果及吸收速率能有效提高降膜式吸收器的吸收性能,进而提高吸收式制冷系统整体能效比。本文提出了一种利用氨-盐工质对高工作压差形成微尺度液膜的新型降膜式吸收器,其原理为浓溶液经微通道分液器降压增速并贴壁喷射至竖管内壁形成微尺度液膜,以达到削弱液膜厚度及强化吸收效果的目的。论文分别从理论分析和实验对比入手,对竖管内的微尺度液膜强化吸收机理及其对系统性能的提升效果进行了深入研究与验证,主要研究内容有:(1)耦合CFD流动仿真和传热传质数值建模方法,分析了氨-硝酸锂和氨-硫氰酸钠两种工质对溶液经微通道形成微尺度液膜的流场特性,对比分析了微通道尺寸等因素对微尺度液膜吸收过程的影响。理论分析的结果表明,更小的微通道尺寸及更快的液膜初始流速能有效促进液膜内部的质量和热量扩散,液膜内穿透力更强的浓度、温度梯度能有效强化液膜吸收传质传热过程。理论研究结果揭示了氨-盐工质对微尺度液膜对吸收过程的强化作用,并为后续实验研究提供了理论支持。(2)设计制作了完整的吸收式制冷循环实验台,开展了氨-盐工质对在传统不锈钢填料式吸收器内的吸收性能实验研究。分析了不同工况等因素对氨-盐工质对在填料式吸收器内吸收性能的影响,对比分析了氨-硝酸锂和氨-硫氰酸钠两种工质对在填料式吸收器内的性能特点,总结归纳了两种氨-盐工质对在填料式吸收器内传质过程的舍伍德数无量纲关联式。(3)开展了氨-盐工质对在新型非绝热微尺度降膜式吸收器内的吸收性能实验研究,获得了两种工质对的微尺度液膜吸收性能参数随工况变化的规律并总结归纳了两种氨-盐工质对在微尺度降膜式吸收器内传质过程的舍伍德数无量纲关联式,对比分析了氨-盐工质对在填料式吸收器内和在微尺度降膜式吸收器内的吸收特性区别。分析结果显示,相较于传统填料式吸收器,降膜式吸收器内的微尺度液膜吸收速率能提高10倍以上,且拥有更大的传质系数和吸收完善度。微尺度液膜对吸收过程的强化能在驱动温度较低时提高系统能效比,利于提高低品位能源的利用率。更小尺寸微通道所产生的液膜由于较强的吸收能力能形成近-27.7℃的低温和更高的系统能效比,实验结果中微尺度液膜对吸收过程的强化作用和理论研究结果一致。氨-盐工质对在新型微尺度降膜式吸收器中不仅不仅拥有更高的吸收速率,还能以高于0.4的能效比创造0℃以下的蒸发温度。另外新型微尺度降膜式吸收器结构紧凑加工方便,可以通过增设降膜竖管数量迎合不同流量需求,可扩展性强,有助于实现氨-盐吸收式制冷系统的小型化。
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