中空纤维膜蓄能器内部传热传质特性的研究

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浓度差蓄能是提高太阳能热驱动制冷系统变热源适应性的一种有效蓄能方式,是解决太阳能等不稳定热源驱动溴化锂吸收式制冷系统中不稳定热源与相对稳定制冷负荷需求之间相互矛盾的首选方法,而普通的溴化锂浓度差蓄能器在存储溶液浓度过高时存在结晶问题,导致放能困难。膜构架蓄能器用膜作为蓄能器的骨架,构架出了水蒸气与溴化锂溶液的传质通道,水蒸气在膜两侧的蒸汽压差所形成的压力梯度的作用下,会渗透穿过膜孔进入到溴化锂浓溶液中稀释溶液,并同时放出溶解热加热溶液,从而有效地解决了结晶情况下的放能困难问题。建立了微孔纤维膜蓄能器的传热传质数学模型,分别采用Matlab和Fluent软件对其一维和三维数学模型进行了求解,并通过实验验证了非稳态数学模型的正确性,根据仿真计算结果,分析了膜通量、溶液温度、溶液质量分数等热力参数的动态变化特性,获得的主要结果如下:验证性实验结果表明,计算结果与实验结果相比较,平均温度最大相差0.33%,平均质量分数最大相差3.46%,从而验证了数学模型及计算结果的可靠性。跨膜传质通量的大小与膜表面溶液温度和质量分数有关,温度恒定时,质量分数越大,膜通量越大;质量分数恒定时,温度越高,膜通量越大。溴化锂溶液吸收水蒸气的溶解热之后,温度随着时间的增加会快速升高,在膜表面处温度变化率最大,溶液温度随着X轴坐标成递减的变化关系;不同时刻,随着X轴坐标值增大,温度的变化率减小,溶液温度随着Z轴坐标值增加而缓慢降低。水蒸气透过膜表面之后,溶液质量分数会快速降低,在膜表面处溶液质量分数变化率最大,溶液质量分数随着X轴坐标值成递增的变化关系;不同时刻,随着X轴坐标值增大,溶液质量分数的变化率减小,质量分数随着Z轴坐标值增大而升高。改变计算模型的初始条件,分析和总结膜蓄能器内传热传质过程强化的方法:降低溶液的初始质量分数、增加水蒸气的初始温度、减小膜纤维管间距等措施。这些加强传热传质过程的方法会使中空纤维膜蓄能器的工作效率越高,效果更显著,更适合用于提高溶液蓄能浓度差,增加蓄能器的蓄能密度。
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