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文檔簡介
1、吸收式制冷不僅能夠利用太陽能和工業(yè)余熱等各種低品位熱源,還滿足低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展要求。在吸收式空調(diào)制冷領(lǐng)域,當(dāng)制冷溫度不低于0℃時,溴化鋰吸收式制冷方式因其熱力系數(shù)高而成為首選。在溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中,吸收器是最核心的部件,其傳熱傳質(zhì)特性對整機(jī)特性影響重大。因此深入研究強(qiáng)化溴化鋰降膜吸收式制冷系統(tǒng)的吸收器結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部傳熱傳質(zhì)機(jī)理,不僅具有重要的學(xué)術(shù)價值而且還有廣闊的應(yīng)用前景。論文圍繞一種基于交替熱質(zhì)耦合的叉排管束與“M-W型”引流絲
2、網(wǎng)交替的新型吸收芯體結(jié)構(gòu)復(fù)合強(qiáng)化吸收方案,分別從理論建模、CFD模擬、試驗臺搭建及調(diào)試、實驗數(shù)據(jù)與模擬結(jié)果比較分析等方面開展相關(guān)研究。
所謂叉排管束與“M-W”引流絲網(wǎng)方案是指在叉排水平管束中插入波高與管束豎直方向管間距相同,波紋節(jié)距與管束水平方向中心距相同的縱向不銹鋼引流絲網(wǎng),形成交替吸收芯體結(jié)構(gòu),使溴化鋰溶液交替地在水平管表面上實現(xiàn)傳熱傳質(zhì)耦合吸收過程,然后再在絲網(wǎng)層內(nèi)實現(xiàn)絕熱傳質(zhì)吸收過程。因此該方案是一種結(jié)合內(nèi)冷吸收與絕
3、熱吸收交替進(jìn)行的復(fù)合強(qiáng)化方案。絲網(wǎng)填料不僅具有良好的混合作用,溶液還能在其表面形成極薄的雙面液膜。
理論建模方面,將整個吸收器劃分為管表面降膜吸收區(qū)、絲網(wǎng)填料層內(nèi)絕熱吸收區(qū)和管內(nèi)冷卻水流動區(qū)以及在單列水平管束方案中管子之間自由下落的液滴或液柱流動區(qū)并分別建立模型,在各局部模型基礎(chǔ)上建立整個吸收器總的傳熱傳質(zhì)模型,采用MATLAB軟件編寫程序?qū)δP瓦M(jìn)行求解。首先采用當(dāng)前模型計算得到的單管外液膜內(nèi)和單列水平管束內(nèi)的溫度和濃度分布與
4、Kyung等的模擬結(jié)果相互吻合,驗證了本文模型的可靠性;然后通過研究單根水平圓管表面液膜、絲網(wǎng)填料層內(nèi)液膜和單列水平管束與絲網(wǎng)填料層交替結(jié)構(gòu)內(nèi)以及單列水平管束局部傳熱傳質(zhì)規(guī)律,分析研究了不同管徑和管間距對吸收器性能的影響。結(jié)果表明孔隙率為0.9時,絲網(wǎng)填料層吸收水蒸汽效果最佳;單列水平管束與引流絲網(wǎng)層交替結(jié)構(gòu)的傳熱傳質(zhì)性能優(yōu)于不添加絲網(wǎng)的單列水平管束結(jié)構(gòu)。
CFD模擬方面,用GAMBIT軟件分別對單根水平圓管、單層絲網(wǎng)、水平管
5、束吸收器、水平管束與引流絲網(wǎng)層交替吸收器建立三維幾何模型,用FLUENT軟件的VOF方法對其分別進(jìn)行CFD求解計算。水平管外液膜為層流狀態(tài)時,CFD模擬得到的液膜速度、溫度和濃度與文獻(xiàn)相吻合,說明VOF模型研究水平管外降膜吸收是可行的。CFD模擬顯示液膜在絲網(wǎng)網(wǎng)孔中心形成凹透狀的雙面液膜,濃度分布云圖與溫度云圖呈相似趨勢,液膜內(nèi)外溫度差和濃度差分別接近2℃和1%。對“M-W型”絲網(wǎng)和未添加絲網(wǎng)的兩種吸收器分別進(jìn)行CFD模擬,結(jié)果表明“M
6、-W型”絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)提高了管表面潤濕面積,充分利用管的冷卻能力,吸收器內(nèi)溶液溫度呈波動變化,濃度逐漸降低,管表面局部換熱系數(shù)高于無絲網(wǎng)吸收器,“M-W型”引流絲網(wǎng)能顯著提高吸收器的傳熱傳質(zhì)效率。
實驗研究方面,參與設(shè)計并搭建了一套集降膜吸收、參數(shù)控制、數(shù)據(jù)測量和采集為一體的單壓力吸收和解吸的閉式實驗系統(tǒng)。依托該實驗系統(tǒng)分別考察不同參數(shù)條件對整個吸收器傳熱傳質(zhì)性能的影響,實驗結(jié)果分別與數(shù)值模型以及CFD模型計算結(jié)果進(jìn)行比較分析。吸收
7、器內(nèi)平均的傳熱傳質(zhì)系數(shù)隨著噴淋密度、噴淋濃度、吸收壓力和冷卻水質(zhì)量流率增大而增大,隨著噴淋溫度和冷卻水入口溫度的降低而減小;質(zhì)量流分配比ε越大,傳熱傳質(zhì)系數(shù)越大,實驗值介于ε為0.6和0.8之間,說明實驗中存在30%左右溶液旁落現(xiàn)象;冷卻水質(zhì)量流率超過12kg/min,其對傳熱傳質(zhì)的影響越來越小,實際運(yùn)行中,冷卻水流量建議選擇12kg/min。相同的工況條件下,與水平管束無絲網(wǎng)吸收器相比,叉排管束與“M-W型”引流絲網(wǎng)交替吸收器的傳熱傳
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