NH3--LiNO3--H2O三元溶液在水平光管内的流动沸腾换热特性研究

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随着社会经济的发展,全球环境的不断恶化与能源的持续性消耗愈加受到人们的关注。而传统的蒸气压缩式制冷由于大多使用氟利昂等工质,在很大程度上会加剧臭氧层空洞和温室效应等对自然环境有负面影响的现象的出现,且能源消耗总量一直居高不下。而吸收式制冷系统多采用环境友好型的自然工质对,可以充分利用工业废热、船舶尾气余热、太阳能等低品位能源,能够很好的缓解制冷工质对环境的影响及增加能源利用的多样性。因此,开发具有优良性能的吸收式制冷系统对社会的可持续发展大有裨益。
  本文旨在探究以NHA-LiNO3-H2O三元溶液为工质的吸收式制冷系统在水平光管内的流动沸腾换热实验特性,从而为作为吸收式制冷系统核心部件的发生器的结构设计和工质对的选择提供一定参考。而在实验伊始阶段,基于NH3-LiNO3-H2O三元溶液已有的物性测试数据,本文对此工质在不同浓度、不同温度下的发生压力进行了拟合,并同时提出其密度、定压比热、动力粘度、热导率等物性参数随溶液浓度和温度变化的计算公式。同时本文设计并搭建了一个针对氨/盐工质的管内流动沸腾换热实验平台,通过控制变量的方法,定量研究质量流量、热流密度、测试段管径及出口干度等因素对沸腾换热系数的影响。基于工质特性和实验工况的要求,选定的NH3-LiNO3-H2O三元溶液中其各组分的质量浓度分别为50%、35%和15%。同时实验过程中选取了166、221、278、332、388kg/(m2?s)等五个质量流量进行测试,测得发生温度分别为59.0、62.4、65.5℃的三元溶液在不同管外径(6mm、8mm、10mm)的水平光管内的流动沸腾换热系数,其热流密度的记录范围为4.6-78.5kw/m2。同时本文对NH3-LiNO3-H2O和NH3-LiNO3、NH3-NaSCN三种溶液的流动沸腾换热系数在相似工况下进行了一定的数据对比。
  实验结果表明,核态沸腾和对流沸腾都在流动沸腾换热过程中起着不可或缺的作用,对流沸腾机制随着质量流量增大而增强,核态沸腾机制则与之相反。同时较高的热流密度对沸腾换热过程具有积极的作用,但存在一定阈值,过高的热流密度可能会引起核态沸腾的完全抑制。而出口干度对沸腾换热系数的影响则与热流密度相似,且在相似工况下,内径较小的水平管中的流动沸腾换热系数要低于内径较大的水平管。此外,由于NH3-LiNO3-H2O溶液中有H2O组分的存在,其粘度较低、热导率较高,在相似工况下三元溶液的流动沸腾换热系数要大于NH3-LiNO3和NH3-NaSCN的二元溶液。
  本论文内容对氨/盐吸收式制冷系统在实际生产实践中的结构设计优化以及吸收式制冷系统的工质对选择具有十分重要的意义。
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