热管废热溴化锂制冷机组的优化设计研究

南京工业大学硕士学位论文热管废热溴化锂制冷机组的优化设计研究姓名：杨振民申请学位级别：硕士专业：化工过程机械指导教师：金苏敏20050101南京工业大学学位论文独创性声明及使用授权的声明一、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：堇壶盛日期 200岁6，4二、关于学位论文使用授权的声明南京工业大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社及清华同方光盘股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权南京工业大学研究生部办理。研究生签名：垄壹盗一导师签名：!衾荔豳日期 ?。口、f(由热管废热发生器取代了传统的高压发生器，通过高效的分离式热管换热器将烟气中的废热传递到溴化锂制冷机中作为驱动热源。当前热管废热溴化锂制冷机的设计计算还停留在传统的设计方法上，在设计过程中许多设计参数还需要设计者人工选取，这样不仪加重了设计者的负担，而且无法保证设计结果的最优化。针对这种情况，本文编写了热管废热溴化锂制冷机的优化设计程序，开发了热管废热溴化锂制冷机优化设计软件。文中将热管废热溴化锂制冷机分为两部分分别建立了数学模型，一是以总传热面积最小而热力系数最大为目标函数的制冷机部分的优化设计模型，二是以传热系数最大为目标函数的热管废热发生器的优化设计模型，然后采用相同设计条件下，分别采用本文优化设计软件和南京工业大学热管废热溴化锂制冷机模拟计算软件进行了设计计算，并将设计计算结果进行了分析比较，结果表明优化结果确实使机组节省了传热面积、提高了热力系数，使废热发生器传热系数得到了提高。然后将废热溴化锂制冷机样机换热面积和热力系数与相同制冷量的优化机组进行了对比，结果表明优化机组总换热面积较样机明显减小，而热力系数明显提高。拥分析结果表明热管废热发生器是机组炯损失最大的部位，因此较为精确地描绘出废热发生器内烟气的流动状态，对废热发生器的结构改进和提高炯效率有着重要的意义。本文基于数值模拟的思想，建立了热管废热发生器烟气流动的数学模型，并利用出了热管废热发生器中烟气压力、温度和流速的分布图。本文的工作实现了热管废热溴化锂制冷机设计的最优化，为热管废热溴化锂制冷机的迸一步完善和推广奠定了基础。关键词：热管废热溴化锂发生器制冷is by he is in t is is to t of is by be in of of is of is in he is ne is OP as is t by wo Ut on by in t is by OP nd we OP of is is is it is to in o nof of in is in by t of in he of of ll of a of 课题背景我国不仅能源缀缺而且，和发达国家相比我国能源利用水平低，能源的有效裂趱率不到4074。据有关资辩显示，我晷工、监生产中未被有效裂鼹熬悲摄在5060之间，这必能源若采用先进的节能技术回收，可回收2030。由建可冕，我闲工、盈金、监熬节貔季壬务还缀艰巨，潜在熬效益羹簿霞猿入。据统汁我国工业废热资源的回收率仅为335，即23的废热资源尚未被利用【2】，尤其是大羹的烟气废燕尚待阐牧。以柴油机的热量利用情况来看，柴油机效率一般仅为40左右【3J，大型柴浊机效率最高也仅4241，即燃油热量的将近40作为有用功，将近40被排放的怒气豢走，另乡将近20拔冷却水警誊走，霹柴涟极接烟温发大约在400。中蕴涵着大量的可用能没宥被回收利用。以一台6110型柴油机为例，其排气瀑发舞450C，摆气曩为7(10铡惩熬气废熬隽100MJh弱。袭161氍瓣为船舶常用柴油机排烟废热惰况，从中可以看出船舶用柴油机排烟含有大量废热有特予回i|芟巅翊。据绫计藐蓬每年生产酌50000台7l，而逡些柴油机排烟废热均来被回收利用。结果使得柴油机燃油一半以一样不仅浪费了大量的能深，而艇对周围环境造成了热污染上已经被回收利用，丽救国在这方面的研究开发却刚刚起步I 81。表11船舶用柴油机排热气门式)排气 约340 30锅炉尾气废热在国内还基本上没有被开发利用。烟气离开锅炉时，还具有较高的温度，其中大中型锅炉排烟温度约为110160型锅炉排烟第一章绪论温度大约在150200。些烟气带着大量废热除尘以后经烟囱排入大气，形成了烟热损失，排烟热损失是锅炉热损失中最大的一项。据有关资料表明：中温中压锅炉排烟热损失约占总有效热量的612，有些小型锅炉竟高达2019】汽压缩式制冷不仅其且其巨大能耗还给电力部门带来了沉重的负担：吸收式制冷由于可直接利用低品位热源驱动且不使用来越受到人们的青睐。将烟气废热作为溴化锂制冷机的驱动热源不仅能有效地回收烟气废热，而且能满足空调制冷的需要，是真正节能环保的新型制冷搜术。南京工业大学将烟气废热回收、溴化锂制冷技术以及热管技术结合起来，开发了由烟气废热驱动的新型制冷设备热管废热溴化锂制冷机，该技术填补了国内技术空白并获得了国家专利。该产品已有样机试制成功，如何进一步提高其综合性能尚有大量工作要做。1。2国内外研究与发展概述121 溴化锂吸收式制冷机的发展我国的溴化锂吸收式制冷机技术是从上世纪60年代开始起步的。我国于1963年试制成功了第一台单效蒸汽型溴化锂吸收式制冷机【0I。上世纪80年代初我国又开发了第一台蒸汽型双效溴化锂吸收式制冷机。上世纪90年代初，我国又先后开发出了热水型及直燃型冷温水机组。近年来，为了扩大吸收式制冷机的应用范围，提高溴化锂制冷机的热力系数，探索适合于不同温度热源下的新型制冷循环成为国内外学者在溴化锂制冷机研究领域的一个热点问题。在单效溴化锂制冷循环的基础上，为了更加有效地利用低品位热源，有关学者开发了两级溴化锂吸收式制冷循环系统】。两级溴化锂吸收式制冷系统在热源温度70。C86媒水温度9。C，冷却水温度32实现正常的制冷运行，其到0,3812】。朱玉群等人在单效和双级的基础上又提出了单效，双级循环【B】。另外当前一个研究热点就是被称为它与普通单效循环所不同的就是多硕士学位论文了两个换热器。研究结果表明，发生温度较低(如130。C)时，右，在发生温度较高(如170)时，上。近年来有关学者提出了许多改进的带分支回路者而后者要提高50以上州。为了进一步提高机组的究人员在双效循环的基础上又提出了三效循环【16,1 7,1 8】。由于三效吸收式制冷循环的高压发生器中溶液温度过高，易引起矶组腐蚀，所以目前三效循环还都处于试验研究阶段。近年来利用低品位废热驱动的废热型溴化锂制冷机发展迅速，相关的研究也曰趋活跃。中国科学院广州能源研究所自1982年开始研制低品位热源驱动的(热水型)吸收式制冷机，取得了“5000大卡时低温热源驱动的吸收式制冷实验系统”、“350“70热水驱动的吸收式制冷机”、“100成果”1。这些成果为废热型溴化锂吸收式制冷机的发展奠定了基础。当前烟气型溴化锂吸收式制冷机是废热驱动的溴化锂制冷机研究领域的一支独秀，南京工业大学的热管废热溴化锂制冷机是一典型利用废烟气驱动的产品，该项目为原化工部纵向科研课题，在烟气废热利用的方式上为国内首创，在废热利用效果上达到国内外先进水平。双良集团最新推出的用于冷热电三联供的烟气型溴化锂制冷机也是当前废热型溴化锂制冷机中的一个典型产品。冷热电三联供是当前热能研究领域的一个热点课题，热电冷联供是指以燃料为能源，同时能满足区域建筑物内的冷、热、电需求的能源供应系统，该系统利用发电机组排放的烟气废热驱动烟气型溴化锂制冷机组用于供冷。122 废热制冷的研究将低温废热作为驱动热源进行制冷是现阶段众多学者研究的一个热门课题。该研究主要集中于内燃机烟气废热制冷领域，应用场合多为船舶或汽车，应用方式有氨一水吸收式、三元工质的吸收一扩散式或吸附式等进行渔船制冰，利用溴化锂吸收式制冷制取船舰空调冷媒水，采用喷射式制冷或吸附式制冷制取汽车空调用冷媒水。钟琼香就利用内燃机废热制冷系统做了分析探讨，分别就溴化锂吸收式制冷系统、氨一水吸收式制冷系统、氨水液力喷射式制冷系统以及双级喷射式制冷系第一章绪论统做了分析比较士吗根据我国当前渔业生产的特点，提出了利用渔船柴油机排烟废热，采用氨一水吸收式制冷技术对捕获的水产品进行冷冻保鲜的可能性【2”。明绍福等人利用复合化学介质“热器回收船舶柴油机废热，利用三元溶液即氨一制冷剂、水一吸收剂、氢扩散剂为循环工质的吸收一扩散式制冷机可以生产出制冷温度达的船舶用冰箱王树刚、王如竹撰文介绍了由船舶柴油机烟气废热驱动的沸石一水吸附式制冷机系统12”，该系统可以在不增加柴油机任何油耗的情况下，仅回收其尾气废热即可实现制冰，能够满足渔民需求。齐朝晖等人在其文中叙述了湖南某制冷公司利用氯化钙一氨为吸附工质对，采用三组吸附发生器的吸附式镀冷机可以用于渔船柴油机尾气废热的回收制冰2。吴钢对某型舰利用6郑爱萍等人将以汽车冷却系统90。经过计算分析表明，用此装置完全能够以热代电，满足制冷要求【26】。此外郑爱萍等人又研究开发了一种以氰化钠一氨为工质对，利用汽车发动机循环冷却水为动力驱动的新型汽车空调【”1。王新华和陈长聘等人研究开发了一种用于以回收汽车尾气废热为驱动的汽车氢化物空调机系统。刚，该系统是以贮氢合金为能量转换材料，以氢气作为工作介质，利用贮氢合金吸放氢气反应的热效应来工作的。黄根法【291设计了利用柴油机排烟废热驱动的溴化装置还采用了热电联用制冷循环，用以补偿烟气不足，他指出高温烟气制冷的溴化锂机组不仅符合节能和环保的要求，而且经济效益明显。张全等机组选用热管换热器回收工业废气余热作为溴化锂机组的驱动热源。南京工业大学制冷空调研究所在大量的实验和理论工作基础上开发的热管废热溴化锂制冷机使得以烟气废热为驱动热源的溴化锂制冷机达到了一个更高的水平。123 溴化锂吸收式制冷机的优化研究对溴化锂吸收式制冷机的优化方面，众多学者做出了他们的努力。姜周曙等提出了溴化锂吸收式制冷机的热力优化设计计算的数学模型1，对溴化锂吸收式制冷机热力优化设计计算数学模型的三个构成要素一设计变量、目标函硕士学位论文数和约束条件均进行了详细描述。在文中指出，优化设计中设计变量可用下列矩阵形式表示：22t。l，磊，磊J (11)式中各量分别表示各个换热器的温差以及放气范围。综合考虑机组的技术性能指标，梅机组优化设计计算的目标函数为F陆震等对蒸汽型溴化锂双效吸收式制冷机建立了数学物理模型并进行了优化设计【321。在文中，作者把总传热面积作为目标函数且选择了九个参数作为变量，目标函数表达式为：=H(瓦，t，I，石，7：，瓦，4)=H(z) (1于F=H(者采用了多元函数的坐标轮换法进行了求解。张永恒和冯丽珠对太陌能驱动的溴化锂吸收式制冷机进行了优化设计，分别就高低两种热水设计温度进行了优化计算，得出了装置的结构参数和各自的运行参数133。在文中作者将总传热面积作为目标函数，其表达式为：7=(，巧，善，g，b，(1求解过程当中作者采用了轮换优化变量的图解法。周健和辛玲对溴化锂吸收式制冷机的原理、系统及整体进行了探索和研究，通过对溴化锂吸收式制冷机的系统分析，工质热物性参数的拟合整理，建立了一套完整的的溴化锂吸收式制冷机的设计模型和一套该系统软件由用户模块、设计选择模块、基础热物性参数转换模块、基础参数设计计算模块、热力系统设备负荷设计模块、热力系统优化模块、结果输出模块七大模块。在优化设计计算部分，作者将年总费用最低作为目标函数，优化计算方法选用了非线性规划方法中的可变容差法。刘存芳等对蒸汽型溴化锂吸收式冷温水机组进行了优化设计，并给出了设计样机的工作参数和技术指标I，在文中作者建立了如下目标函数表达式：=F(f。，f。，f。，工，备，宇2)(c (计算过程当中作者先采用了内点混合罚函数法把有约束的优化问题化为了一系列的无约束问题，然后采用了变尺度无约束算法进行了求解计算。李小平等采用坐标轮换法分别对基本型直燃式串联三效溴化锂制冷循环和带蒸第一章绪论汽压缩装置的三效制冷循环进行了优化计算并对结果进行了对比分析136】，其目标函数为：假1飞等人分别以在给定的总换热面积下1。国外也有许多学者在溟化锂吸收式制冷机的模拟及优化方面做了大量的工作。如以色列工业大学的此系统中，他利用了以提高效率，并用 81。耔加坡南洋科技大学的,Q利用热力学分析了溶液循环量等诸多因素对双效溴化锂制冷机组循环效率的影响，并在此基础上对双效机组进行了优化设计口”】。沙立夫科技大学的在此基础上提出了基于熵产最小的优化策略【4。此外还有”。在溴化锂吸收式制冷机中单个参数的优化也是个研究课题。黄为民等采用参数优化方法，从吸收驱动力和吸收系数两个方面对吸收器稀溶液再循环倍率进行了优化并提出了再循环倍率的最优控制方案142。124 热管换热器优化设计研究热管废热溴化锂制冷机中采用分离式热管换热器作为废热热源和溴化锂溶液之间的传热设备，热管换热器是种新型高效的换热设备，近些年发展很快，如何进一步提高其传热性能成为广大学者研究的一个热点，为此众多学者对热管换热器提出了不同的优化策略并进行了优化设计。宋长华等利用单位面积蜘收益出了冷热流体处于各种基本状态下换热器的初步设计提供了理论依据【43】。师波等人建立了电站锅炉热管空气预热器的优化设计数学模型，作者在该模型中以年总费用最小作为目标函数，并把预热器管子最低壁温作为约束函数之一1。李爱平等人对碳钢一水热管换热器的结构进行了优化设计，以热管总面积一定时所有热管传热量最大为目标函数，采用复合形法用 51。沈玉英等人以年净收益最大为目标函数，建立了气一气热管换热器的优化设计数学模型，并采用穷举法和复形调优法对热管换热器6参数进行了优化，开发了热管换热器的优化选型程序14引。13本文研究的目的和意义热管废热溴化锂制冷机的设计计算既不同于常规的溴化锂制冷机的设计计算，更不是单纯的热管换热器的设计计算，而是两者的结合。按照常规设计方法计算，热管废热溴化锂制冷机的设计计算过程当中有许多参数需要人工选取，这样难以实现机组的优化。为了能够实现对热管废热溴化锂制冷机的优化设计，本文将开发基于分析结果表明废热发生器是机组煽损失最大的部位，为了改进废热发生器结构、降低炳损失，本文将模拟研究废热发生器内烟气的流动状态，得出了一些改进烟气流动状态的措施，为废热发生器局部结构改进提供参考。14本文研究内容本课题“热管废热溴化锂制冷机的优化设计”是在南京工业大学“热管废热溴化锂制冷机的计算机模拟”课题基础上的深入和完善。本文主要研究内容有：1)建立热管废热溴化锂制冷机的优化设计数学模型，使其在一定的约束条件下总传热面积最小、对其进行优化设计计算。2)建立热管废热发生器的优化设计数学模型，使其在一定的约束条件下，具有大的的传热系数，并对其进行优化设计计算。3)将热管废热溴化锂制冷机样机换热面积和热力系数与相同制冷量的优化机组进行了比较与分析。4)对热管废热溴化锂制冷机样机废热发生器内烟气流动进行数值模拟。第二章热管废热溴化锂制冷机及其设计计算第二章热管废热溴化锂制冷机及其设计计算热管废热溴化锂制冷机是在传统溴化锂制冷机的基础上，用热管废热发生器取代传统的高压发生器开发而成的新型制冷设备。本章介绍了热管废热溴化锂制冷机的机构及工作原理，然后介绍了机组设计计算过程。21溴化锂吸收式制冷机概述吸收式制冷是一种由吸收剂对制冷剂蒸汽不断吸收使液态制冷剂不断汽化而产生制冷效果的制冷方式。吸收剂和制冷剂构成二元工质对，常用的二元工质对有“氨一水”质对和“溴化锂一水”工质对，前者用于低温系统，后者用于空调系统。在溴化锂吸收式制冷循的二元工质对中，水是制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂。作为制冷剂的水在真空(绝对压力7态下蒸发时具有较低的蒸发温度(6C)471,蒸发时吸收载冷剂热负荷，使之温度降低，产生制冷效果。作为吸收剂的溴化锂溶液在较低温度下有着强烈的吸水性，而在较高温度下又能将其吸收的水分释放出来。作为制冷剂的水不断地被吸收和释放，如此周而复始使制冷循环连续不断地进行。溴化锂吸收式制冷机是以“溴化锂一水”为二元工质对，利用热能作为驱动而制取O以上空调用冷媒水的设备。溴化锂吸收式制冷机系统主要由发生器、冷凝器、蒸发器、节流装置、泵和溶液热交换器等组成。吸收式制冷机与压缩式制冷机相比用吸收器和发生器取代了压缩机，而其他部件的作用和原理基本相同，所不同的是吸收式制冷机消耗的是热能而压缩式制冷机消耗的是电能。溴化锂吸收式制冷机按循环方式分可分为单效机组和双效机组，单效溴化锂吸收式制冷循环是最简单、最基本的溴化锂吸收式制冷循环。单效溴化锂吸收式制冷机一般采用12540。力系数一般为O655481。单效溴化锂吸收式制冷机由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器四大部件以及溶液泵、溶液热交换器以及其它附属设备构成。其工作系统图可参考图21。双效溴化锂制冷机较单效机而言可以采用压力和温度较高的热源，而同时其热力系数可以提高到1以上。所谓双效溴化锂吸收式制冷机就是在机组中同时装有高压发生器和低压发生器，在高压发生器中采用压力较高的蒸汽或燃气、燃油等高温热源，所产生的高温冷剂水蒸汽用来加热低压发生器，使低压发硕士学位论文生器中的溴化锂溶液产生温度更低的冷剂水蒸汽。这样不仅有效地利用了冷剂水蒸汽的潜热，而且减小了冷凝器的热负荷，使机组的经济性得到了提高。双效循环按照稀溶液循环方式不同可以分为串联流程和并联流程，图22为串联流程双效溴化锂吸收式制冷循环系统图。卜发生器；2一吸收器；5单效溴化锂吸收式制冷机系统图1 25一吸收器；6一低温溶液热交换器； 7热管废热溴化锂制冷机从上世纪70年代以来，世界各国都竞相开展了热管换热器的研究工作，并9第二章热管废热溴化锂制冷机及其设计计算实现了系列化生产，如美匡本帝人工程公司曾成功地用嚣：管做成锅炉给水预热器等。我国自70年代后期开始研究热管换热器以来，相继开发成功了气一气热管换热器、热管余热锅炉、高温热管蒸汽发生器、高温热管热风炉等各类热管换热设备。热管是一种新型高效传热元件，它利用相变传热，内热阻很小因而具有很好的传热性能。热管换热器最大的特点是：结构简单，传热效率高，在传递相同热量的前提下，热管换热器的金属耗量要少于其它类型的换热器；换热流体通过换热器时的压力损失比其他换热器小，因而动力消耗也小。南京工业大学将热管技术应用到溴化锂吸收式制冷领域，成功地开发了热管废热溴化锂制冷机。热管废热溴化锂制冷机采用分离式热管换热器作为废热热源和溴化锂溶液之间的传热设备。该技术用热管废热发生器取代传统的高压发生器从而将溴化锂吸收式制冷机的驱动热源从传统的蒸汽、热水、燃油和燃气扩展到了烟气废热领域。热管废热发生器如图23所示。图：3热管废热发生器3 离式热管蒸发段和冷凝段是相互分开的，两者之间通过蒸汽上升管和冷凝液下降管连接成一个循环回路。在热管的蒸发段热管工质从烟气中吸收热量，然后将热量带到高压发生器加热溴化锂溶液，工质放热后冷凝成液体再回流到热管蒸发段重新蒸发。热管废热溴化锂制冷机根据废热热源温度的需要可以制成单效系统或者双效系统，双效热管废热溴化锂制冷机系统如图24所示。硕士学位论文1一废热发生器；2一低压发生器；3一冷凝器：4一蒸发器；5一吸收器；6一高温热交换器；7一低温热交换器图24 by 不需要冷量时系统的蒸发器泵和吸收器泵停止工作，系统切换到供热水运行工况，此时的热管废热溴化锂制冷机组相当于一台废热真空热水锅炉。热管废热溴化锂制冷机为烟气废热回收利用和制冷开辟了一条新的途径，热管废热溴化锂制冷机的应用在我国当前具有重要的现实意义，必将收到良好的经济效益和社会效益。在溴化锂制冷机中引入热管技术比其它传统的换热器具有以下优点48】：1)热管换热器传热效率高，而且可以在烟气侧加大换热面积提高传热量。对溴化锂机组而言不仅提高了原生产系统的能源利用率，而且还减少了煸损失。2)分离式热管的使用可使得制冷机与热源分离，便于操作：而且烟气废热通过分离式热管换热器被传递到溴化锂溶液中，这个过程是单向进行的，降低了热量损失。第二章热管废热溴化锂制冷机及其设计计算3)制冷机不与废气直接接触，有效防止了烟气对主体设各的腐蚀，仅需要定期检修热管元件即可。4)设备运行时若单根热管元件损坏，整个设备仍可以照常运行而不受影响。它避免了普通溴化锂发生器的换热管一旦泄漏会影响到制冷系统和原生产设备的正常运行这一弊端，这是任何其他换热设备无法实现的。5)采用分离式热管换热器较其它换热设备费用较低，节省了初投资。6)热管废热溴化锂制冷机运行费用低。由于热管废热溴化锂制冷机的驱动力为废热，所以其运行费用极低，仅为一般制冷设备运行费用的5左右。单效系统工作过程比较简单，现以双效系统工作过程为例进行分析，双效热管废热溴化锂制冷机系统示意图如图25所示。(1)动力装置(2)热管蒸发段(3)高压发生器(4)低压发生器(5)冷凝器(6)节流装置(7)蒸发器(8)吸收器(9)高温溶液热交换器(1 o)低温溶液热交换器图25烟气驱动的热管废热溴化锂制冷机系统图by 焓浓点表示出吸收器的稀溶液状态；20分别表示稀溶液在低、高温溶液热交换器中等浓度条件下的被加热过程；稀溶液以10点状态进入废热发生器，1012354表示中间溶液在低压发生器中的加热和发生过程；48表示浓溶液在低温溶液热交换器中的冷却过程；8表示浓溶液和稀溶液的混合过程；99表示喷淋溶液在吸收器中的闪发过程；9一2表示喷淋溶液在吸收器中的吸收和冷却过程。， 。 ，E4图2by 示由高压发生器出来的高温冷剂水蒸汽，它进入低压发生器加热中间溶液，放出潜热后凝结成3”状态的冷剂水，3一3”表示冷剂蒸汽在低压发生器中的冷却和冷凝过程。状态为3”的冷剂水经节流后与低压发生器发生出来的冷剂水蒸汽3一起进入冷凝器，被冷却水冷却后变为状态3的冷剂水，3”一3表示节流后的湿蒸汽在冷凝器中的冷凝过程，3一3表示低压发生器发生出来的冷剂蒸汽在冷凝器中的冷却和冷凝过程。点3状态的冷剂水经节流后进入蒸发器，由于压力降低，部分冷剂水汽化，形成由点成的湿蒸汽，状态为1的冷剂水由蒸发器泵输送，均匀喷淋在蒸发器管簇上，吸取管内冷媒水的热量而蒸发，产生点l状态的冷剂蒸汽，ll表示冷剂水在蒸发器中的蒸发过程，产生的冷剂蒸汽被状态点为9 7的喷淋溶液所吸收。第二章热管废热溴4工质热物性数学模型简介对溴化锂制冷机进行优化设计时，必然面临一个工质热物性参数如何确定的问题，南京工业大学在这方面已经做了大量的前期工作，建立了工质热物性的数学模型，并编制了子程序，供程序计算时调用。本文将优化设计过程中需要用到的热物性参数模型简要做介绍。231 烟气在热管废热溴化锂制冷讥优化设计过程中需要由烟气定性温度确定烟气的比热、密度、粘度、导热系数和普兰德数等热物性参数。对于平均烟气成分(=O13，=O11，r。=076)，南京工业大学利用最小二乘法拟合了如下公式01，见式2124，其：表21系数表， (21) 堡堡!：!里!型!C，=a，T。 94884一 一!： (22)78861“104P。01539+342854x g 15561+114153e 570“2” 80349410。7T 1 u=24858 1 549 7+84181。 m 9437733：377235P；蕊一377264 (2_4) 309586以上四式适用范围为27315KT147315K。232 水在溴化锂制冷机优化设计过程中需要用到饱和水比焓的计算。饱和水比焓计算如式(25)所示h=41868(1061fO01)(一12t1100C) (233 饱和水蒸汽在溴化锂制冷机优化设计过程中需要用到饱和水蒸汽温度压力之间的关系计算以及比焓的求取。对于水蒸汽饱和压力和饱和温度的关系采用式(26)所示的1：14硕士学位论文吨】。(0145038P，=621 147一篇筹焉一蔷筹备 。6饱和水蒸汽的比焓计算如式(27)所示12】：h=2326(0071533卜1308426)+(O808956t+107518144) (27)其中：用范围是4，182。C，024P14534 过热水蒸汽溴化锂制冷机的优化设计计算中还需用到过热水蒸汽的比焓，比焓采用式(2算所示。235 溴化锂溶液溴化锂溶液热物性计算采用张绪源等拟合的国产溴化锂溶液的计算公式口I。在溴化锂制冷机优化设计中需要用到饱和溴化锂溶液压力一温度一浓度方程和溴化锂水溶液的比焓方程。1)溴化锂水溶液的压力一温度一浓度方程卢 1式中t一压力为，时水的露点温度，。系数，如表2 3口=a，害，卢=6，f。，式中ai, =0表22 8f(x。)，则将新计算反射点x，这时若，呱)，眠)且五为可行点，则转向步骤6)；否则应再将口值减半，如此反复。如果经过若干次减半口值的计算并使得口值已经缩小到给定的一个qtd,觚如f=10。5)以下时仍就无效，则可将最坏点换成次坏点并转入步骤3)，重新进行迭代计算，直到满足计算精度为止，即满足第三章优化设计及可视化软件编制髓降 ，时，则停止迭代，并取复合形的最小函数值的顶点最为最优解。式中由下式求得：五，=(f=1z问。复合形法程序框图如图31历示52l。图3-：于复合形法在迭代过程中不必计算目标函数的导数，因此对巨标函数和约束函数的性质无特别要求，程序比较简单，在设计变量个数20的叫候，复合形法是一个很简便有效的优化方法。本文的优化计算采用复合形法。32溴化锂制冷机优化设计数学模型整个热管废热溴化锂制冷系统可以看作由两部分构成，即热管废热发生器和除高压发生器之外的溴化锂吸收式制冷机部分。本文对整个装置的优化设计即是分别对这两部分进行的优化设计，在实际设计计算当中，首先设计出溴化锂吸收式制冷机部分，然后再设计热管废热发生器。在溴化锂制冷机优化设计之前，首先确定制冷量媒水进口温度，5。和出口温度：、冷却水进口温度f。以及各换热器的传热系数。对溴化锂制冷机部分的优化设计就是通过合理选择有关参数，使之各热交换器总的传热面积最小从而使机组的造价最低，同唰还要使机组热力系数此这是一个双目标函数的优化问题，采用乘除法将其转化为单目标函数的优化问题。对于双效热管废热溴化锂制冷机的优化设计列出如下数学模型：=f(毛，峨，z，孝，”，f)3r8)st893，k52戗43510013 33 26 66 4f667 3120，50210g，)一(k)】“Qa+g)1其中：冷却水总温升，一般取89；般取35；一蒸发温度与冷媒水温差，一般取24；般取35：f，一冷端温差(进出吸收器溶液温差)，一般取1020：卸。一吸收压力与蒸发压力压差，一般取0013 33 026 66 般取6064；z=等，06，其中乞为吸收器溶液浓度，厶为废r ，为低压发生器出口溶液浓度；观，一，温度系数，在传统设计方法中，是在f，和间人为选定的，因为优化编程需要设定一温度系数卿，使得f，=，+仍，(：一17)，其中，为高温热交换器出口浓溶液温度，为低温溶液热交换器出口稀溶液温度，f：为废热发生器出口中间溶液温度：，一吸收器稀溶液再循环倍率，一般取2050；一低压发生器热负荷；Q。、婊、Q、热发生器、吸收器、冷凝器的热负荷。56)所示，可以看出机组的热力系数烟气放出热量式(218)所示，而传热效率只有在热管废热发生器设计好之后才能确定，因戤先假定矿=矿一o95谶行设计计算强。该拢化为一鸯约痰戆#线蛙筑划翊题，求惩罴蠲复合影法，其中交量个数为1l，复合形丁页点个数取15，约束个数为25。对于单效热管废热溴化锂制冷机优化设计数学模型较双效简单，如下所示：=厂(，。，气，f，f)39)st 793s15s气43510200013 067 f620f50式中变量f。、气、屯、虬、f。、善、，和双效机组优化模型中同字母变量表示相同意义，6般取0013 067 优化仍为一有约束的非线性规划问题，求解计算仍采用复合形法，其中变量个数为8，复合形顶点个数取12，约束个数为17。33热管废热发生器优化设计数学模型热管废热发生器实质为一分离式热管换热器，其蒸发段由烟气加热，热量输送至冷凝段