膜熱交換器性能分析及其對溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)影響研究.pdf

1、溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)以對環(huán)境無害的溴化鋰水溶液為工質(zhì)，并且能夠充分利用工業(yè)生產(chǎn)中的大量余熱、廢熱及太陽能等，在保護(hù)環(huán)境和節(jié)約能源方面具有一定的優(yōu)勢，因此引起了人們廣泛的重視。然而，溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)性能系數(shù)較低，如何提高其性能系數(shù)一直是相關(guān)研究者們的難題之一。溶液熱交換器作為溴化鋰吸收式制冷循環(huán)中的重要組成部分，能夠使得發(fā)生器和吸收器出口溶液進(jìn)行換熱，達(dá)到回收熱能、降低發(fā)生器和吸收器熱負(fù)荷的作用。但傳統(tǒng)溶液熱交換器中只存在熱量的傳遞，

2、并無質(zhì)量傳遞現(xiàn)象的發(fā)生。有研究認(rèn)為，將膜蒸餾技術(shù)運(yùn)用于溶液熱交換器中，能夠使得熱量和水蒸氣分子同時從發(fā)生器出口溴化鋰濃溶液傳遞到吸收器出口溴化鋰稀溶液，因此進(jìn)入發(fā)生器的溶液不僅溫度升高，溴化鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所降低，進(jìn)入吸收器的溶液不僅溫度降低，溴化鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)也有所升高，發(fā)生器和吸收器熱負(fù)荷進(jìn)一步降低，能夠有效提高系統(tǒng)性能系數(shù)。因此將膜蒸餾技術(shù)運(yùn)用于溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的溶液熱交換器中被認(rèn)為是一個值得研究的課題。目前雖已得出膜熱交換器能夠降

3、低熱源利用溫度，提高系統(tǒng)性能系數(shù)的結(jié)論，但有關(guān)其兩側(cè)溶液溫度和濃度等參數(shù)在流動過程中沿單根膜管管長的變化規(guī)律、不同工況及膜結(jié)構(gòu)等對熱質(zhì)傳遞過程和系統(tǒng)性能系數(shù)的影響卻少有人研究。因此本文在深入分析膜熱交換器內(nèi)熱量和質(zhì)量傳遞過程的基礎(chǔ)上，建立了熱質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型，對膜熱交換器及整個吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究。主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)介紹了膜蒸餾的應(yīng)用、分類、所用膜種類及膜組件形式等，闡述了膜熱交換器的原理，著重解釋了膜蒸

4、餾過程中的溫度極化和濃度極化現(xiàn)象及其對膜熱交換器熱質(zhì)傳遞過程的影響機(jī)理。
　　(2)詳細(xì)分析了膜熱交換器內(nèi)熱質(zhì)傳遞過程的耦合作用機(jī)理，考慮溫度極化現(xiàn)象對膜蒸餾過程的影響，將膜管分成若干個等長的微元段，分別建立了順流和逆流布置的膜熱交換器內(nèi)熱質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型，得到出口溶液溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和質(zhì)量流量的相關(guān)控制方程組，采用MATLAB軟件編寫程序，并結(jié)合目前已有文獻(xiàn)中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果對模型進(jìn)行了準(zhǔn)確性驗(yàn)證。
　　(3)闡述帶有膜熱

5、交換器的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算方法，并指出該系統(tǒng)與傳統(tǒng)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)熱力計(jì)算的差異和原因，在一定的已知條件下對系統(tǒng)各設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行選定，通過熱平衡原理計(jì)算各設(shè)備的熱負(fù)荷、系統(tǒng)循環(huán)倍率及性能系數(shù)。
　　(4)求解膜熱交換器內(nèi)的熱質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型，分別得到順流和逆流布置下膜兩側(cè)主體溶液溫度和膜處溫度、膜兩側(cè)溴化鋰溶液濃度、傳熱推動力損耗程度以及膜通量和跨膜傳熱量等參數(shù)沿單根膜管管長的分布規(guī)律。模擬結(jié)果表明:逆流布置時膜兩側(cè)換熱

6、量較為均勻，換熱效果更為充分，并且水蒸氣分子始終從濃溶液側(cè)向稀溶液側(cè)傳遞，傳質(zhì)量較大，較順流布置而言，進(jìn)入吸收器的溶液溫度更低、質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高，進(jìn)入發(fā)生器的溶液溫度更高、質(zhì)量分?jǐn)?shù)更低，能夠降低發(fā)生器和吸收器熱負(fù)荷，有效提高溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)。
　　(5)將逆流布置的膜熱交換器運(yùn)用于溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中，分別研究不同熱源溫度、冷卻水進(jìn)口溫度、冷媒水進(jìn)口溫度以及所用膜的平均孔徑和孔隙率等對膜熱交換器熱質(zhì)傳遞過程、對各設(shè)備熱