溴化锂吸收式制冷机设计 制冷与电气工程等专业毕业设计 毕业论.doc

郑州大学电气工程学院电气、电气、电气摘 要随着社会生产力的发展和人们生活水平的提高，人们对生产和生活环境的要求也越来越高。伴随着人们环境意识的不断提高，溴化锂吸收式制冷运行时以其无噪音，振动小，无污染，可以利用各种废热等优点，已逐步取代氟制冷成为主流发展趋势，因此，研究溴化锂吸收式制冷意义重大，溴化锂制冷具有广阔的发展前景，也一定会在未来得到长足的发展。本文主要根据教学和制冷实验的需要，依据溴化锂吸收式制冷的工作原理和特点，对溴化锂吸收式制冷实验装置进行设计，主要完成其结构布局，各换热器计算和设计，设计结构图，最后对整个系统进行性能测定，并根据其优缺点分析得出其具体的节能措施和主要用途。同时依据系统的控制和保护，对整个制冷系统进行完善和修正。关键词：溴化锂；吸收；制冷；设计。AbstractWith the development of social productive force and peoples growth in the living standard,. Peoples require in produce and living environment is also increasingly higher and higher. accompany with peoples consciousness of environment is increased, lithium bromide absorption refrigeration have many advantages, such as noise-free, small vibration ,less pollution and utilizing different kinds of waste heat and so on, which is already gradually substituted the fluorine refrigeration and predominate the trend of development. Wherefore, research of the lithium bromide absorption refrigeration is of great moment. Lithium bromide absorption refrigeration has extensive long term potential, which is also certain to gain full grown development in the future. This article mostly bases on the demand of teaching and experiment of refrigeration, referencing the lithium bromide absorption refrigerations principle of operation and characters, designing the experimental apparatus of lithium bromide absorption refrigeration, mostly finishing its structure position, calculating and designing each heat exchanger, constructional drawing of design. In conclusion, preceding the total systems performance measurement, and also based on its advantages and disadvantages analysis gains its specific energy-saving measures and main application. At the same time, in terms of the gibberish and protection of the refrigeration system, and proceed the whole refrigeration systems soundness and amend.Keywords: lithium-bromide; absorption; refrigeration; design.目 录摘 要IAbstractII1 绪论11.1 课题的背景和研究意义11.2 中外溴化锂吸收式制冷的发展概况11.3.1 设计步骤21.3.2 设计过程21.4 溴化锂吸收式制冷性能分析21.5 溴化锂吸收式制冷优缺点32 实验装置设计过程及计算42.1 序 言42.2 系统设计介绍42.3 实验装置的制冷工作原理42.4 制冷装置设计过程52.4.1 热力计算52.4.2 设计参数的选定62.4.3 循环各点的参数值72.4.4 设备热负荷计算82.4.5 装置的热平衡及热力系数和热力完善度92.4.6 各类泵的流量计算102.5 换热器设计112.5.1 冷凝器设计112.5.2 蒸发器设计142.5.3 吸收器设计152.5.4 热交换器的设计172.5.5 发生器的选取202.5.6 其它元件选取202.6 总结213 制冷实验装置性能分析和节能措施223.1 制冷实验装置的性能分析及其提高途径223.1.1 实验装置的性能分析223.1.2 实验装置的性能提高途径223.2 制冷实验装置的节能措施233.2.1 提高热交换器的传热效率233.2.2 提高机组部分负荷时的效率233.2.3 提高控制性能244 结束语25致 谢26参考文献27附录 溴化锂吸收式制冷实验装置结构示意图28中文翻译29英文原文34421 绪论1.1 课题的背景和研究意义随着社会生产力的发展和生活水平的提高，人们对生产和生活环境的要求也越来越高。溴化锂吸收式制冷机由于使用的制冷剂是水，吸收剂是溴化锂溶液，对大气无污染，并且运行时无振动、无噪声，可以充分利用工业余热，近年来在中央空调领域得到了较大发展。因此，溴化锂吸收式制冷研究意义和前景广阔，具有很重要的现实意义。在制冷空调设计中，最常用的冷水机组就是溴化锂吸收式制冷机组及电动压缩式制冷机组。然而由于国际上对氯氟烃化物的限用，电动压缩式制冷机在工程上越来越少，目前，大多数设计者首选均采用溴化锂吸收式制冷机。本文将具体介绍溴化锂吸收式制冷机的发展前景，工作原理，设计方法和设计步骤，性能分析等，由于本设计是小型溴化锂吸收式制冷实验装置，要求精确度较低，对于教学和实验有很好的帮助和指导意义。11.2 中外溴化锂吸收式制冷的发展概况溴化锂吸收式制冷机经过几十年的发展，各项技术日趋成熟，并已经得到长足发展。1810年，苏格兰的约翰.莱斯里制造了间歇式吸收式制冷机，这是最早的吸收式制冷机。1860年，法国的费尔第南德.卡尔发明了连续型吸收式制冷机，该机取得了美国专利。这是一种以氨为制冷剂、以水为吸收剂的氨吸收式制冷机，这种机型后来在欧洲得到了进一步的改进，并应用于低温制冷。其中联邦德国的博尔西希公司制造的低温吸收式制冷机最负盛名。该公司开发并制造了更低温度的两级吸收式制冷机。1930年左右，美国阿克拉公司制造了520冷吨的组装型吸收式制冷机。到二次世界大战结束，美国凯里亚公司研制了大型空调用吸收式冷水机组，并于1945年，制造了第一台以水为冷剂、以溴化锂水溶液为吸收剂的吸收式制冷机。日本的第一台溴化锂吸收式制冷机，是由当时的机车制造厂生产的。组装型空调机组、吸收式冷水机组，于1959年相继问世。其中组装型空调机组，受到电动组装型空调机组的排挤，很快销声匿迹。但吸收式冷水机组却因双效化、降低燃料耗量、提高了经济型，其生产量以后逐年上升。我国自1966年试制成功第一台溴化锂吸收式制冷机以来，从对溴化锂水溶液的物性，腐蚀和传热等基础性试验研究，到样机的研制、系统产品的设计制造也进行了大量工作。到目前为止，全国拥有单效溴化锂吸收式制冷机和双效溴化锂吸收式制冷机产品。它们广泛应用于纺织、化工、电子、冶金以及轻工等部门。进几十年来，我国在溴化锂吸收式制冷机方面取得很大进展，但与国外先进水平相比仍有很大差距。虽然溴化锂吸收式制冷存在众多优点，但是溴化锂吸收式制冷机仍存在着因制冷效率较低使其运行能耗高于电力制冷机的问题，这在一定程度上制约了其进一步发展。因此,分析溴化锂吸收式制冷机的节能潜力，采取有效的节能措施降低其能耗，对其发展具有重大意义。1.3 制冷实验装置的设计步骤与方法1.3.1 设计步骤溴化锂吸收式制冷实验装置的制冷原理与制冷机组的工作原理相同，只是实验装置小型化，所用材料大为减少，制冷量较小。设计和制作过程较为简单和方便，其具体设计涉及步骤如下：根据给定的参数，在h-图上画出吸收循环，并以此作为基础，根据(1)热平衡。(2)质平衡。 (3)溴化锂平衡，求得与设计制冷量相适应的冷剂循环量，溶液循环量和各设备的热交换量；根据冷剂循环量与溶液循环量，确定冷剂蒸汽的通路面积，配管的大小，泵的流量等要素。并根据热交换量确定传热面积，有传热面积确定传热管的有效长度和尺寸，由此，设计出换热器的结构和尺寸，实验装置的布局和外观形状。1.3.2 设计过程溴化锂吸收式制冷实验装置的设计工程主要从以下几个方面着手进行设计和计算以及进行整体布局2：(1)蒸发器，吸收器，冷凝器，溶液热交换器，发生器的设计与计算。(2)冷凝器和蒸发器的冷剂水侧的放热系数以及发生器的放热系数计算。(3)吸收器中的传热和传质，溶液热交换器的传热系数并计算管长和管径大小。(4)画出结构图和原理图。最后对计算结果进行校正和验证，根据计算结果设计制冷装置的具体尺寸和各项性能指标，完成设计过程。1.4 溴化锂吸收式制冷性能分析溴化锂吸收式制冷循环性能分析，反映循环性能的主要指标是:(1) 体现制冷效率的热力系数Cop；(2) 体现循环经济性的面积单耗S (单位制冷量的总传热面积,m2/kW)和热源单耗d (单位制冷量的热水流量, kg/(kWh)；(3) 反映循环接近单效或两级循环程度的级值x1和高压发生器冷剂发生量总冷剂量的质量分数等。其他参数影响如下： 中间压力变化对循环的影响 中间压力pm 不论在两级溴化锂吸收式制冷循环，还是在单级溴化锂吸收式制冷循环中都是一个很重要的参数。pm的选择直接影响循环的效率。 冷却水串联和并联流程的比较 冷却水串联流程采用先进入冷凝器再依次进入低压吸收器和高压吸收器。图中显示了在与上节相同的计算条件下冷却水串联或并联对循环性能的影响。 热源进口温度变化对循环的影响 太阳能集热器所能提供的热源温度通常是随时间而变的，所以对热源进口温度的讨论很重要。在以下讨论中取Pm=213 KPa , 热水出口温度保持为60 。图显示当热源进口温度thi增大时，循环的热力系数Cop、高压发生器冷剂质量分数都随之增大，而级值x1 、面积单耗S和热源单耗d则都随之减小。 冷媒水进口温度变化对循环的影响 当冷媒水进口温度tLi提高而其他条件不变时，循环的热力系数Cop 、高发冷剂质量分数D1r随之升高, 级值x1 和面积单耗S 则减小。且这些指标都呈现冷媒水温度较低时变化剧烈,而温度较高时变化较平缓的态势。 冷却水进口温度变化对循环的影响 冷却水的进口温度直接影响冷凝压力的大小，同时使得低压吸收器出口稀溶液的温度和高压发生器出口稀溶液的温度随之变化。总之，溴化锂制冷系统提高了循环热力学的完善度,具有热水利用温差大和循环效率较高等优点.虽然其循环流程比单效和两级循环都复杂,但该循环适合于因热源温度偏低而不能采用单效溴冷机循环的场合。1.5 溴化锂吸收式制冷优缺点 溴化锂吸收式制冷作为氟利昂制冷的替代技术，成为一种有效的节能技术，越来越受到人们的关注，尽管具有很多优点，但仍具有缺点，其优点表现为： 溴化锂吸收式制冷机的应用避免了CFC使用，有利于保护环境。 溴化锂吸收式制冷机的应用可以缓解电力紧张，具有节电效应。 溴化锂吸收式制冷机的一次能源利用率的高低，在其热力系数一定时取决于其热源的供热效率，供热效率越高，其一次能源利用率越高；但其与相同制冷量的电制冷机相比是否节能，取决于相同制冷量的两种制冷机的一次能源利用率的大小。 溴化锂吸收式制冷机的应用在利用废热、余热、排热等低势能的情况下，可实现能源的阶梯利用。 热电站在汽轮机发电的同时，有供热抽汽和排汽，可以用作吸收式制冷机制冷的热源，热电站在供热供电的同时供冷可以节约一次能源，应大力发展。 溴化锂吸收式制冷机在设计，运行，管理过程中一个较为重要的问题是机组防冻问题，它可以直接影响机组的性能，寿命及其系统的经济性。综上所述，溴化锂吸收式制冷技术应用前景广阔，加上人们对保护环境越来越重视，溴化锂吸收式制冷技术将会得到长足的发展。2 实验装置设计过程及计算2.1 序 言冷和热的概念是相对的，是在人类生活中将某物体的温度与人体温度相互比较而得出的结果。在一般的制冷技术中，所谓冷是指低于周围环境介质（空气或水）温度的状态。制冷技术是为了适应人们对低温条件的需要而产生和发展起来的，制冷作为一门科学已发展起来，它是用人工的方法在一定时间和空间内将某物体或流体冷却，使其温度降到环境温度以下，并保持这一温度。本设计是作为实验装置，设备小型化，结构较为简单，制冷量较小，采用溴化锂吸收式制取冷量，溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂，可以制取零摄氏度以上的低温水，通过制取冷量过程观察水的状态改变情况，用于空调及其教学实验以及医学等其他行业低温水的需求，本文将具体介绍溴化锂吸收式制冷实验装置的工作原理及其结构图，设计过程和计算过程，设计步骤，性能分析，节能措施等。2.2 系统设计介绍本系统是溴化锂吸收式制冷实验装置，其结构主要有发生器（电热管加热器），冷凝器，蒸发器，吸收器，热交换器五大换热器及磁力泵，真空泵，毛细管，喷淋装置，流量计等其他辅助设备构成。其具体设备结构图见后页，其制冷过程为：从水源进入的自来水通过各自流量计分别进入冷凝器，蒸发器，吸收器，进入冷凝器的水起到冷凝高温蒸汽的作用，进入蒸发器的水作为冷媒水，而进入吸收器的水起到冷却吸收溶液的功效，浓溴化锂溶液经电热管加热后分离出水蒸气进入冷凝器冷凝后成为冷剂水，经过毛细管节流后成为低温冷剂水，经过蒸发器的作用而蒸发制取低温用水，而冷剂水吸收热量后成为冷剂蒸汽，通过压力作用，进入吸收器被溴化锂浓溶液吸收成为稀溶液，与从发生器来的浓溶液经热交换器换热后通过泵的作用进入发生器被电热管加热至溴化锂溶液沸腾，分离出水蒸气，即完成一个制冷循环。该设备小型化，制取低温用水，其换热器中冷凝器，蒸发器，吸收器均有铜管螺旋制作而成，经设计计算后，确定其有效长度，螺旋曲率半径，外罩玻璃容器的尺寸确定，形成换热设备的整体。2.3 实验装置的制冷工作原理溴化锂吸收式制冷实验装置以水作为制冷剂，以溴化锂溶液作为吸收剂，由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器及溶液泵等设备组成。其具体制冷原理是：溴化锂吸收式制冷装置是热力制冷设备的一种，以热能为动力，利用液体在汽化时要吸收热量的特性来实现制冷的。它以水作为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，依靠外界不断供应的热能实现制冷剂的热力循环。溴化锂吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器及溶液泵等设备组成。其工作流程为在发生器中利用电加热管通过发生器对溴化锂溶液进行加热，由于溶液中水的蒸发温度比溴化锂蒸发温度低得多，所以稀溶液被加热到一定温度后，溶液中水首先蒸发为水蒸汽，使剩余容器中的溴化锂浓度增加，浓溶液在重力及压差的作用下，经热交换器放出热量后，与吸收器中稀溶液混合，组成中间溶液。发生器中产生的水蒸汽进入冷凝器，经冷凝器中的冷却水管，使进入冷凝器的水蒸汽不断冷却，水蒸汽放出汽化潜热而冷凝为液体，成为冷剂水，然后通过节流装置降压后，进入蒸发器中不断蒸发，蒸发时通过冷水管的管壁吸收冷冻水回水的热量，使回水得到冷却，成为空调用的冷冻水送至用户，并循环使用。蒸发后的制冷剂水蒸气进入吸收器，被正在喷淋的中间溶液所吸收，重新变为稀溶液,吸收过程中放出的溶解热，则由吸收器管内流动的冷却水带走。利用这个原理，不断进行循环以达到制冷的目的。从而完成整个制冷循环1。其制冷过程主要包括以下几个过程：(1) 发生过程 主要在发生器中进行，使溴化锂稀溶液经加热蒸发出水蒸气，从而变成浓溶液。(2) 冷凝过程 主要在冷凝器中进行，由发生器产生的水蒸气进入冷凝器后，在压力不变的情况下被冷却水冷却成为饱和蒸汽，进而成为饱和液体。(3) 节流过程 在毛细管中饱和冷剂水经节流后成为过冷水进入蒸发器蒸发制冷。(4) 蒸发过程 在蒸发器的水盘中的冷剂水经喷淋后吸收冷媒水进行制冷。(5) 吸收过程 在吸收器中，溴化锂浓溶液吸收来自蒸发器中经吸热而蒸发的水蒸气，从而完成一个制冷循环过程。 图1：溴化锂吸收式制冷原理图2.4 制冷装置设计过程2.4.1 热力计算(1) 制冷量2Kw (2) 冷媒水进口温度20(3) 冷媒水出口温度10 (4) 冷却水进口温度20(5) 电热管加热功率P1.5Kw，相当于蒸汽温度752.4.2 设计参数的选定(1) 吸收器出口冷却水温度,假定温升为4。（204）24(2) 冷凝器出口冷却水温度，假定冷却水的温升=4，冷却水采用并联方式进入冷凝器和蒸发器，则（20+4）24(3) 冷凝温度及冷凝压力，取5，则（245）294.00710-3MPa(4) 蒸发温度及蒸发压力，取4，则（104）6查表知，9.3510-4MPa(5) 吸收器内稀溶液的最低温度，取4，则（24+4）28(6) 吸收器压力，假定13.310-6MPa，则 9.3510-4MPa-0.13310-4MPa=9.2210-4MPa.(7) 稀溶液浓度，由和查LiBr的-图得0.506(8) 浓溶液浓度，取0.044，即放气范围=4.4， 则=0.506+0.044=0.55(9) 发生器内浓溶液的最高温度，由和查LiBr的-图得62(10) 浓溶液出热交换器时的温度，取冷端温差15，则（28+5）33(11) 浓溶液出热交换器时的焓值，由和在-图上查出284.70KJ/Kg(12) 稀溶液出热交换器的温度，由上式求得 （2-1）KJ/Kg （2-2） KJ/Kg 302.12 KJ/Kg根据和在LiBr的的-图查得44(13) 喷淋溶液的焓值和浓度，取吸收器稀溶液的再循环倍率f=30 （2-3） KJ/Kg （2-4）由和查LiBr的图可知2.4.3 循环各点的参数值各状态点数值的求取方法：点：根据查饱和水蒸气表或查图求得2点：根据，查LiBr的的-图求得3点：根据查饱和水蒸气表或查图求得点：由从-图上的气液区查得4点：根据及查图求得5点：根据及查图求得6点：根据及查图求得7点：由根据及查图求得8点：由根据及查图求得点：算出根据查图求得各循环点的参数值序号名 称点号温度压力kpa浓度焓值Kj/kg1蒸发器出口处冷剂蒸汽60.93502934.952吸收器出口处稀溶液2280.9220.506266.703冷凝器出口处冷剂水3294.0070535.914冷凝器进口处水蒸气584.00703018.685发生器出口处浓溶液4624.0070.55323.226发生器进口处饱和稀溶液5544.0070.506321.967吸收器进口处饱和浓溶液6330.9220.55270.058热交换器出口处稀溶液a7440.506302.129热交换器出口处浓溶液b8430.55284.7010吸收器喷淋溶液c320.518271.692.4.4 设备热负荷计算(1) 冷剂水流量Kj/Kg （2-5）Kg/s （2-6）(2) 发生器的热负荷 (2-7) =2.468Kw(3) 冷凝器热负荷 （2-8）Kw(4) 吸收器热负荷 （2-9）=2.398Kw(5) 溶液热交换器的热负荷 （2-10）=0.37Kw2.4.5 装置的热平衡及热力系数和热力完善度(1) 热平衡吸收热量 放出热量 与几乎相等，表明上面计算正确。(2) 热力系数 （2-11）(3) 热力完善度 （2-12） 2.4.6 各类泵的流量计算(1) 吸收器泵的流量由和查课本7-3图可知，则 （2-13）=0.0798(2) 发生器泵的流量由和查课本7-3图可知，则 （2-14）=0.246(3) 冷媒水流量 为比热容取=4.1868 （2-15） =0.1720(4) 冷却水流量对于吸收器： （2-16）=0.5155对于冷凝器： （2-17）=0.445(5) 蒸发器流量蒸发器的冷剂水再循环倍率用表示，取=10=0.03 （2-18）2.5 换热器设计溴化锂吸收式制冷实验装置的换热器主要包括冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器、发生器等，其具体的设计过程如下：2.5.1 冷凝器设计冷凝器是用来冷凝冷剂蒸汽，冷却冷剂水，以保证冷凝压力。冷凝器和发生器的压力相同，通常布置在一个筒体中，有铜管和容器组成，其具体的设计过程如下1：(1) 选材，选用10的铜管(2) 管内传热系数冷却水的平均温度冷却水的流速 （2-19）查22的水的物性参数 则， （2-20）传热系数 （2-21）由螺旋时内部传热系数变大而修正， （R=5cm） （2-22）则 (3) 管外传热系数冷凝器的冷凝温度为29，作为定性温度查29水的物性参数2 由 取c=0.725 （2-23） （2-24）则 (4) 传热系数1传热过程分成两部分：第一部分是热量经过制冷剂的传热过程，其传热温差。第二部分是热量经过管外污垢层，管壁，管内污垢层以及冷却水的传热过程3。第一部分的热流密度： （2-25）第二部分的热流密度： （2-26）注：参数意义管外侧的污垢系数, 管内侧的污垢系数, 铜管的外径,mm铜管的中径,mm铜管的内径,mm铜管的厚度,mm铜管的导热率 =398联立得，即采用试凑法解得：则热流密度为：(5) 传热面积及传热管有效长度计算面积：传热管有效长度为：适当增加长度后，取管长为采用螺旋方式，螺旋曲率半径为R=5cm，则螺旋圈数：(圈)螺旋高度外套玻璃罩即成：R=10cm2.5.2 蒸发器设计蒸发器的作用是利用真空状态下冷剂水蒸发吸热的原理制取一定温度的冷媒水，即传热管内通过的冷媒水，被管外冷剂水蒸发吸热而降温，传热管采用纯铜管，管型为光管或高效传热管。其具体设计过程如下6：(1) 选材:选用的铜管，铜的导热率(2) 管内传热系数管内冷媒水的流速：冷媒水的平均温度：即 （2-27）由于螺旋时管内侧的放热系数变大，故需修正：(3) 管外侧冷剂水喷淋侧放热系数7对于小喷淋量的设备： （2-28）6冷剂水的物性参数为： 为螺旋曲率半径取=5cm （2-29）则(4) 传热系数管内侧的污垢系数：管外侧的污垢系数： （2-30）(5) 传热面积及传热管有效长度计算传热面积： （2-31）=0.1021管子的有效长度：适当增加铜管长度取采用螺旋方式，螺旋时曲率半径R=5cm，则螺旋圈数： 螺旋高度2.5.3 吸收器设计吸收器的作用是用发生器浓缩后的浓溶液，吸收来自蒸发器的冷剂蒸汽，以保证蒸发压力，吸收器采用喷淋式换热器，主要有喷淋系统，传热管以及抽气系统组成。喷淋系统的性能直接影响到吸收器的性能，本实验装置的的喷淋系统采用喷嘴式喷淋系统。传热管采用纯铜管，管型为光管或高效传热管以增强传热、传质的目的。其具体设计过程如下4：(1) 选材：选用的铜管，铜管热导率 (2) 管内冷却水侧的放热系数管内的冷却水流速：冷却水在管内的平均温度：放热系数：由于螺旋管内侧的放热系数变大，需修正，修正后(3) 管外喷淋侧的放热系数8 （2-33）喷淋的密度 G为喷淋的质量流量，为第一排管长也就是第一周管长。则，=574.88=668.59(4) 传热系数1管内侧的污垢系数： 管外侧的污垢系数：=526.178(5) 传热面积及传热管有效长度计算传热面积： （2-34）传热管有效长度：适当增加管长后取采用螺旋方式后，螺旋的曲率半径，则螺旋的圈数（圈）螺旋管的高度： 外用玻璃容器其半径,高度2.5.4 热交换器的设计本实验装置的制冷量较小，故采用套管式热交换器，套管的管内流稀溶液，管外流浓溶液，均采用纯铜管，管型为光管。其具体的设计过程和计算过程如下5：(1) 选材:内部用的铜管，内部流动的是的LiBr浓溶液，外部用的铜管流动的是LiBr稀溶液。采用套管式热交换器，铜管热导率 (2) 管程流体的传热系数在湍流区用以下公式：具体如下2： （2-35）管程对流换热系数。传热管的特征直径，管程的流速，在管侧平均温度下流体的导热系数，在管侧平均温度下流体的比热容，在管侧平均温度下流体的粘度，(3) 对于管内的热的LiBr浓溶液流体在管侧的平均温度在此温度下LiBr溶液的一些物性参数为：， ， 由于浓溶液放出的热量等于稀溶液吸收的热量，稀溶液的质量流量即发生器的流量，由热量平衡方程式可知：即：由，该流动处于湍流区，由， 则外管内侧的传热系数：=3605.4(4) 对于管外的冷的LiBr稀溶液侧传热系数9当量直径 P湿润周长，内管的外径，外管的内径，流体在管壁侧的平均温度：在此温度下的LiBr的物性参数为：， ， 内管外侧稀溶液的流速：由，该流动处于湍流区，由， 则内管外侧的传热系数为：2544.7内管的管壁热阻：污垢系数为：(5) 传热系数：1216.99(6) 传热面积及套管换热器长度计算1传热面积：0.01894套管换热器采用直管形式，则其传热管有效长度为：则热交换器的传热管长取即可满足要求2.5.5 发生器的选取发生器为一玻璃容器，起到透明和耐高温的作用,内用电热管加热稀溶液，电热管的功率选用P1.52Kw,其长度略短于发生器容器的长度。采用温控装置控制加热温度，控制浓溶液出口温度为62左右，也即加热温度控制在75左右，其发生器的构成主要电热管，真空泵，挡液板，浓溶液充注口，浓溶液和稀溶液流通管道等，其发生器上部与冷凝器的外部玻璃容器紧密相连。2.5.6 其它元件选取(1) 节流装置的选取 毛细管只适用于工况比较稳定的场合，热力膨胀阀属于比例调节阀，使用温度范围宽，而且在使用温度范围内，过热度大体恒定，因此本制冷实验装置的节流装置采用毛细管螺旋制成，毛细管为铜管，其直径为=0.31mm，其长度有节流前后的压差来确定，对于本制冷实验装置，由以下计算确定10：毛细管进口处压力即冷凝压力毛细管出口处压力即蒸发压力则节流前后的压差为即由此压差选取毛细管的长度。(2) 管道的选取 蒸发器容器与吸收器容器之间只有通过一定的压差才能驱动蒸汽的运动，但压差也不易过大，蒸发器容器的压力大于吸收器一侧的压力，其具体压差值为，采用稍粗一些的管道或两容器距离较近一些，以保证此压差。 本制冷实验装置中吸收器与发生器之间相连的管道为工艺管，当其他管路堵塞时起到疏通作用，其管道也选用的铜管，其间用毛细管连接。(3) 泵的选取 设备中所用的冷媒水，冷却水均为自来水，器流量大小由流量计来控制。 各种溶液泵由于其流量较小，根据流量的大小具体选用，可以采用较大流量的泵与阀门串联使用，所选用的泵均为磁力泵。 发生器要保持真空，因此，需要真空泵，所选真空泵流量为1.5l/s即可。(4) 电加热管要求电加热管的电压为220V，水平放置即可。(5) 玻璃容器对于发生器，冷凝器，吸收器，蒸发器来说，要求玻璃容器能耐高温，绝热性较好，透明度要高，便于实验观察制冷现象及制冷过程各状态参数变化情况。由于本设计实验装置作为教学实验装置，要求可以从外观直接观测，但要能够承受一定的高温和高压，因此选用玻璃容器，不能选用有机玻璃。2.6 总结以上即为本实验装置的设计过程，只是理论计算，与实际制作会有一定差别，制作过程要依据上面设计过程的数据计算结果，选取各装置的具体元件，在制作过程中会遇到不少问题，对于玻璃圆筒容器,密封较为困难，须由专业密封人士来完成.在本设计过程中，换热器主要有玻璃容器和铜管制作而成，由于是作为实验装置便于观察制冷过程中的各个现象的发生，因此统一采用无机透明玻璃原料，其耐高温和抗压。只是加工制作装置过程较为困难。总之，以上设计过程能够保证按照给定的条件，制取相应温度的低温水，能够满足实验和其他用途的低温水制取。3 制冷实验装置性能分析和节能措施3.1 制冷实验装置的性能分析及其提高途径3.1.1 实验装置的性能分析外界条件的变化必将引起试验装置性能的变化，外界条件通常是指冷媒水出口温度、加热蒸汽压力(或温度)、冷却水进口温度、冷却水与冷媒水流量及污垢系数等。这些条件往往根据使用场合的不同而经常发生变化11。 冷媒水出口温度当冷却水进口处温度、加热蒸汽压力、冷却水和冷媒水量及溶液循环量为定值时，制冷量随蒸发器出口冷媒水温度的变化而变化。实验表明，冷媒水出口温度每升高1摄氏度，制冷量Q就大约提高4%-6%.因此应适当增加冷媒水的出口温度，从而来提高制冷量。 加热蒸汽压力加热蒸汽压力下降，首先引起浓溶液温度与质量分数的降低。随之吸收器中吸收冷剂蒸汽的能力减弱，质量分数差减少，因而制冷量下降蒸汽压力随之变化。 冷却水进口温度冷却水进口温度的降低，会引起吸收器内稀溶液温度与冷凝压力的降低。前者促使吸收效果增强，随之稀溶液的质量分数的降低；而后者将引起浓溶液的质量分数提高。因而两者均使浓度差加大，制冷量增加。 冷却水和冷媒水流量当冷媒水出口温度恒定，而冷媒水量在一定范围内变化时，制冷量几乎不变。这是因为，冷媒水流量减少会引起蒸发器传热管内流速的下降，制冷量降低。同时，由于进口温度上升，又引起平均温差的加大，制冷量增加。两者综合作用的结果使制冷量的变化很小。 水侧污垢系数制冷装置运转一段时间后，在传热管的内壁和外壁会逐渐形成一层污垢，它对传热起到阻碍作用，污垢系数越大，则热阻越大，传热性能越差，使装置的制冷量下降。另外，溴化锂溶液的浓度，稀溶液浓度与冷媒水出口温度的关系，蒸汽的消耗量与浓度范围的关系，溶液循环量，不凝性气体的产生，冷剂水中溴化锂的含量等都对制冷装置的性能有影响。总之，溴化锂吸收式制冷实验装置的影响因素众多，为了提高其制冷性能，要充分的分析其影响因素，降低外界因素的影响，提高其制冷性能和制冷量。3.1.2 实验装置的性能提高途径溴化锂吸收式制冷实验装置的性能不仅与外界参数有关，而且还与装置的溶液循环量、不凝性气体含量及污垢热阻有关，此外还与溶液中是否添加能量增强剂、热交换器管簇的布置方式有关，可以同过以下途径提高装置的制冷性能12。(1) 及时抽除不凝性气体 由于装置是在真空状态下运行的，蒸发器和吸收器中的绝对压力极低，故外界的空气很容易漏入，即使少量不凝性气体也会明显地降低装置的制冷量。(2) 调节溶液的循环量 制冷装置运行时，如果进入发生器的稀溶液量调节不当时，可以导致制冷装置的制冷量下降，发生器热负荷一定时，如果循环量过大，一方面是溶液的浓度差减少，产生的冷剂蒸汽量减少，另一方面，进入吸收器的浓溶液量增大，吸收液温度升高，影响吸收效果，二者均能是实验装置的制冷量下降。(3) 强化传热传质过程 加强传热传质可以提高装置的性能，如增加能量增强剂。(4) 采取适当的防腐措施 溴化锂溶液对一般金属都有强烈的腐蚀作用，特别是在有空气存在的情况下，腐蚀更为强烈，因此应适当加入缓蚀剂。如加入Sb2O3，CrO4等。3.2 制冷实验装置的节能措施3.2.1 提高热交换器的传热效率提高溶液热交换器的传热效率的途径众多，但针对本实验装置，提高其传热效率的途径主要有以下几种：(1) 采用高效传热管 吸收式制冷机为各种热交换器的集合体，其热效率与热交换器所采用的传热管的性能直接相关。推广使用各种高效传热管的蒸发器、吸收器、冷凝器与使用一般的平滑管相比，传热性能约提高1.5倍2倍，并可使换热器外形尺寸减小，从而也可减少散热损失。(2) 对发生器进行表面处理 在高压发生器中、下段喷镀镍、铬合金,其沸腾性能约为光滑面的23倍；若喷镀氧化铝,其沸腾性能约为光滑面的1.5倍,传热性能得到明显改善,则提高高压发生器传热效率的有效措施。(3) 添加能量增强剂 用于溴化锂溶液中的能量增强剂有异辛醇、正辛醇,这些物质能极大地降低溶液的表面张力，使溶液与水蒸汽的结合能力增强，使吸收器的吸收效率提高；在冷凝器中添加能量增强剂后，冷凝器由膜状凝结变为珠状凝结，珠状凝结时的放热系数可比膜状凝结提高两倍以上，因而提高了冷凝时的传热效果。试验证明，添加能量增强剂后，机组制冷量约提高10%15%，节能效果非常明显。(4) 加强热交换器的运行管理及维护 高性能的热交换器若运行维护不当，同样达不到好的传热效率，例如冷却水质不良，运转过程中吸收器、冷凝器冷却水侧污垢日渐增厚，致使热阻逐渐增大，传热系数不断降低，从而影响热交换，导致机组性能下降，能耗增加，故保证较好的冷却水质，在机组长期运行过程中及时清洗传热管冷却水侧污垢，是保证换热管高效传热，保持机组高效节能运行的重要措施。总之，提高热交换器的传热效率的方法众多，而针对本实验装置的传热效率问题，本实验装置的换热器采用高效传热管的纯铜管制成，传热效率高，节能很明显，可以充分发挥制冷装置的综合性能。3.2.2 提高机组部分负荷时的效率吸收式制冷机组是直接利用热能制冷，当要利用它的有效能时，它本身就有一部分无效热要排入环境。此外，由于溴化锂溶液吸收水蒸汽的过程要放出热量，同时水蒸汽被吸收时要放出凝结潜热，这两部分废热必须及时排走，才能保证吸收过程与制冷循环得以正常进行，故吸收式制冷机组的冷凝器排除的冷凝热要比压缩式制冷机的大得多，与之相配套的冷却水泵和冷却水塔较大，冷却系统的电耗相应较大。因此，要综合考虑这两方面的因素，提高机组负荷的能效率，尽量降低其耗能量，减少不必要的热量损失，达到节约热能的目的，从而提高机组性能。3.2.3 提高控制性能随着电子控制技术的发展，采用以微处理器为核心的智能化控制系统，能对采集到的多项信息进行综合判断，能预知和诊断出使机组性能降低的潜在故障，防止导致性能下降的因素出现，而且能预知需要维修的特定位置和时间，不再依赖于技术人员的技能水平去发现、判断、排除故障，保证机组长期高效运行。故智能化的控制系统是保证机组高效运行，降低能耗的重要手段13。同时要加强智能控制，提高其工作效率，降低各方面的能量消耗作用，从本质上提高其工作效率和制冷性能，保证实验装置稳定可靠的运行。综上所述，溴化锂吸收式制冷实验装置的节能措施众多，要根据具体的实际情况采取合适的节能措施提高其效率，达到制冷量大，制冷性能和制冷过程综合效率高的目的。同时也要详细分析其制冷性能影响因素，降低其不利因素的影响，提高其工作性能，综合提高其制冷效率和各种制冷性能。4 结束语随着经济和社会的迅速发展，环境问题的日益加剧，人们对生活环境的要求不断提高，这就要求加强对新的制冷技术和制冷剂的开发和利用，溴化锂吸收式制冷以其节省能源、不污染环境及一机多用等优点被推向市场前沿，越来越被人们广泛采用，本文正是基于目前溴化锂吸收式制冷的发展和诸多优点以及广阔的发展用途的基础上而进行的设计和研究。本文主要针对实验和教学的需要，根据溴化锂吸收式制冷的原理，对溴化锂吸收式制冷实验装置进行设计、计算、结构布局、性能分析以及节能措施等方面进行详细的分析和介绍。同时，结合实验装置的控制部分的设计要求，对实验装置进行不断修正和完善，尤其是详细的设计各换热器的传热面积和具体制作和设计过程，同时也分析了制冷实验装置性能的影响因素，并提出提高实验装置性能的途径，为实验装置的制作和使用提供了一定的帮助和借鉴意义。通过本文的写作我也发现自己还存在不少问题，这也为我以后的工作和学习提出了新的要求，是我增加了动力和信心，不断努力进取。以上即为本设计的研究和设计过程的全部内容，吸收式制冷装置目前应用也极为广泛，但主要用于制取空调用水和其他医疗实验，以及试验研究等方面。在国内外发展迅速，技术日益成熟，制冷性能不断得到提高。但是，在实际工程中仍然存在诸多问题，只能制取零摄氏度以上的低温水，因此应加大其研究力度，使其成为制冷行业的中流砥柱。伴随着人们对环境的重视，加上其节能、无污染、制取方便的优点。越来越受到人们的青睐，使其成为氟制冷的优良替代物，也必将在未来的制冷行业中发挥越来越重要的作用，同时，随着人们研究力度的不断加大，溴化锂吸收式制冷必将具有广阔的发展前景。致 谢蓦然回首，大学生活已即将结束，在老师的指导和帮助下，我完成了本毕业设计，这是一篇关于溴化锂吸收式制冷实验装置的设计，通过这次毕业设计使我对制冷行业又有了新的认识，并且使我更加热爱这个行业，我想通过设计是我为以后从事制冷工作打下了良好的基础。在搜集资料的过程中我还了解许多制冷的新方法和新技术，特别是制冷行业技术创新方面；也让看到中国制冷行业发展速度之快。在进行毕业设计的过程中，我遇到了不少困难，所幸的是得到了 高级工程师的悉心指导。在我刚开始对毕业设计没有头绪时，他给我开拓思路帮我搜集资料；当我打出初稿时，他又仔细阅读了我的设计步骤，指出其中的不足，并提出了宝贵修改意见。经过一次次的改进，才得以完成本设计。尤其是王老师认真的态度让我佩服，他从不放