（热能工程专业论文）塑料管单效溴化锂吸收式制冷机实验研究及静态仿真模型.pdf

i ； 摘要 本文通过实验，研究了塑料管溴化锂吸收式制冷机中聚四氟乙烯换热器的传 热性能及制冷机组性能。在聚四氟乙烯换热器的传热性能中，将经验公式计算的 传热系数与实验传热系数进行对比。经计算发现，聚四氟乙烯换热器的管壁导热 热阻，相对于冷凝器中换热器条件和蒸发器中的换热条件而言，其导热热阻占总 热阻的比例较大，分别占总热阻的5 8 8 和3 2 8 ，造成冷凝器及蒸发器的总 传热系数降低；在吸收器当中，由于聚四氟乙烯换热器管外的传热热阻较大，相 比之下，换热器的传热热阻的影响很小。 众所周知，与传统的金属换热器相比，聚四氟乙烯材料具有导热热阻较大的 缺点，聚四氟乙烯换热器的传热管管壁可以做到很薄，从一定程度上弥补了该缺 点。将聚四氟乙烯换热器与纯铜换热器在具有相同结构、相同外径，不同的壁厚 ( 纯铜管壁厚为1 衄，聚四氟乙烯换热器传热管管壁厚度为o 3 m ) 的情况下进 行对比，发现两者在吸收器及蒸发器中的总传热系数相当。 实验结果表明，在吸收器内使用聚四氟乙烯换热器代替传统的金属换热器具 有很大的现实意义，吸收器溴化锂溶液对金属换热器的强腐蚀性问题有望得到解 决。 聚四氟乙烯材料具有优良的耐腐蚀性能，在强酸性环境中，应用广泛。同时 它又存在易弯曲、易破损、导热系数小等缺点。随着生产工艺及技术上的改进， 将聚四氟乙烯换热器应用于溴化锂吸收式制冷机中前景乐观。 实验过程中，最难当属制冷机组的检漏，它是机组实现制冷的前提，需要耐 心和细心。作者在实践中，总结了一些简单实用的方法，可为实验提供参考。 分析得到的实验结果，对制冷机组的性能进行了评价，分析制冷机外部因素 的变化，对机组性能造成的影响，并得出实验结论。溴化锂吸收式制冷机组是一 个复杂的热力系统，影响因素颇多，较难排除其它因素的影响，本文可提供定性 分析参考用。 关键词。聚四氟乙烯换热器；溴化锂吸收式制冷机；总传热系数；热阻；换热系数；检漏 i爿绱 i 幽 j i a b s t 队c t s s t u d yo nt h ec o e 仟j c i e n to fp t f eh e a te x c h a n g e r sa n dr e f r i g e r a t o r , u s i n g t h et h e o r yc a l c u l a t i o na n de x p e r i m e n t a lm e t h o d s a n a l y z e dt h ec o e f f i c i e n to f t h ep t f eh e a te x c h a n g e r c a l c u l a t i n gt h ep i p e w ef i n d 仇a tp i p er e s i s t a n c e t a k eai o to fp r o p o r t i o n sa m o n ga l ir e s i s t a n c e r e s p e c t i v e l y5 8 8 a n d3 2 8 i nc o n d e n s e ra n de v a p o r a t o r t a k et h et o t a lh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n td o w n h e a tr e s i s 协l i c eo fp t f ei na b s o r b e ri ss os m a l lt h a tw ec a ni g n o r e c o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a lh e a te x c h a n g e r , t h et h i c k n e s so fp t f ep i p ec a n g e tt h i n n e rt h a nm e n t a ih e a te x c h a n g e r i tm a k eu pt h ed i s a d v a n t a g eo fh i g h h e a tr e s i s t a n c eo f p t f ew a l t a sw ea l ik n o wt h a tp t f ei saa d i a b a t i cm a t e r i a l s ow em a k eah e a t e x c h a n g e rw i t hat h i n n e rh e a tt r a n s f e rp i p e c o m p a r e dp t f eh e a te x c h a n g e r w i t hc o p p e rh e a te x c h a n g e ra tt h es a m ef r a m ea n do u t s i d ed i a m e t e rb u t d i f f e r e n tt h i c k n e s s ( e x p e c t i v e l y0 3 m ma n d1m m ) 。f i n a l l y , w ef i n dt h e ya l m o s t h a v et h es a m ev a l u eo fh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n ta p p r o v e dt h a tu s et h ef ，t f eh e a te x c h a n g e r t ot a k eu dt h em e n t a lh e a te x c h a n g e ri na b s o r b e ra r ea v a i l a b l e t h ep r o b l e mo f m e n t a fc o r r u p t i o no fl i b ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t o rm a yb es o l v e d p t f eh o l dp e r f e c ta n t i - c o r m p t i o nc a p a c i t ya n di su s e da b r o a d l yi nt h e e n v i r o n m e n to fs t r o n ga c i d b u ti tn e e dap r o c e s st ob eu s e di nl i b ra b s o r p t i o n r e f r i g e r a t i o n ，t h e r ea r es o m ep r o b l e m ss h o u l db es o l v e d ，f o re x a m p l e ，e a s y b e n d 。p o o rh e a tc o n d u c tc a p a c i t ya n ds oo n i ft h e s ep r o b l e m sa r em o v e d ， u s i n gp t f eh e a te x c h a n g e ri nl i b ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o nw i a c h i e v e i nt h i sd i s s e r t a t i o n t h e r ea r eai o to fd e s c r i p t i o n so fp r o c e e do fe x p e r i m e n t e v a l u a t i n gt h ec o e f f i c i e n to fr e f r i g e r a t o r a n a l y z e da l ik i n do fr e a s o n sw h i c h e f f e c tt h ec o po fr e f r i g e r a t o r t h er e s u l tc a nb eu s e f u if o rr e f e r e n c e k e y w o r d s ：p t f eh e a te x c h a n g e r ；l i b ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o n ；t o t a lh e a tt r a n s f e rc o e f f i c i e n t h e a tr e s i s i t a n c e ：c h e c ku pp r e s s u r e ：m e a s u r e da c c u r a c yo ft h e r m o c o u p l e n 主要符号表 动力粘度系数 溴化锂溶液中溴化锂的质量分数 温度 外部水进出换热器的温度差 对数平均温差 外径 密度 压力 定压比热容 比焓 汽化潜热 导热系数 溶液浓度 焓值 电动势 换热器热负荷 外部水质量流量 管排数 传热系数 黑体辐射力 黑体辐射系数 传热面积 对流换热系数 流速 导热热阻，w 传热管管长 重力加速度 w ( m 2 ) w m 2 w ( m 2 k 4 ) m w ( m 2 ) m s m m s 2 s m b k 6 飞v w 一 m州h一呱批 帆州w吣 p ， 形 “x t 雠 时 d p p g v r 五 善 ，e 驴 m 月七 e g 4 货 r j ， j w 第一排管子上喷淋溶液量 e f f _ a 换热器效率 n u 努赛尔数； g r 格拉晓夫数； p r 普朗特数； i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘望盘茔或其他教育机 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谢意。 躲强穆蝴期：删蛳7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解迸望盘茔有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘t 允许论文被查阅和 借阅。本人授权澎婆盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 龆斛一名：捌 签字日期：) 户口厶年占月7 日签字日期：力佃f 年6 月7 日 ， 学位论文作者毕业后去向：7学位论文作者毕业后去向：f 工作姚啪咱专拽醮瑚 通讯地址： 电话： 邮编 j 浙江大学硕士学位论文 绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 溴化锂吸收式制冷机是一种以水为制冷剂，溴化锂水溶液为吸收剂，利用水 在真空中沸点低而容易蒸发，蒸发时需从环境中吸收热量，从而降低环境介质温 度的制冷设备。自问世以来，由于其耗电少，噪声低、无爆炸危险、适应性强等 一系列的优点，加上目前国内严峻的缺电形势下。得到了广泛的应用，迅速占据 了国内较大的中央空调市场份额，迎来了溴化锂空调发展的春天。据有关业内人 士推测，国内的缺电现象仍将持续。这使得溴化锂吸收式制冷机的应用前景更加 乐观，正是发展溴化锂吸收式技术的大好时机。 同时，溴化锂吸收式制冷技术上的不断改进和突破，如燃气空调，三效、混 合制冷，形式多样化等一系列技术的出现，c o p 值不断得到提高，加上独特的余 热回收功能，使得溴化锂吸收式制冷技术备受世人青睐。 但是，在繁荣的背后，我们也应清醒的看到，溴化锂制冷技术也有着自身的 致命弱点，溴化锂溶液的强腐蚀性，大大地缩短了制冷机组的运行寿命，并且冷 量衰竭严重。如何解决这个棘手难题，保证机组长期的高性能运行，成为大家研 究的一个热点之一。 为此，中外学者进行了大量的研究，如在溴化锂溶液中添加缓蚀剂 1 ，2 ， 在换热器的金属管壁上用氟塑料做纳米级的涂层 3 ，4 ，或者对塑料进行改性( 如 添加石墨等) 5 ，6 ，7 ，8 ，9 ，1 0 。虽然这些方法取得了一定的成效，但总的效果尚 不如人意。 与此同时，随着工业生产的日益发展，许多生产环境中呼唤防腐蚀的换热器 地出现，聚四氟乙烯换热器( 能耐“王水”，俗称“塑料王) 技术在这样地环境 中应运而生。在国内经历了三十多年的发展，已经成为被大家认可的换热器类型， 在石油化工行业得到了广泛的应用。 本文提出了采用薄壁小管径聚四氟乙烯塑料管制成的塑料换热器代替传统 的溴化锂吸收式制冷机中的金属换热器，通过实验研究，测试塑料换热器传热管 传热性能，并同时研究溴化锂制冷机性能。有望解决溴化锂吸收式制冷机的腐蚀 问题。 1 2 聚四氟乙烯塑料换热器 聚四氟乙烯( 以下简称p t f e ) 塑料换热器是一类重要的化工换热设备，它的开 发、发展和实际应用经历了三十多年的演变历程，现己拥有许多不同结构、不同 浙江大学硕士学位论文 用途及性能的聚四氟乙烯制品 1 l ，1 2 。图1 3 即为当前工业生产中使用较为普 遍的聚四氟乙烯换热器，其型式主要有列管式和盘管式两种。 图1 i 聚四氟乙烯换热器 1 - 2 1 聚四氟乙烯材料性能简介 顾名思义，p t f e 塑料换热器指的就是由p t f e 材料组成的换热器，因而有必要 先介绍一下p t f e 。 p t f e 是一种白色蜡状的热塑性塑料，其分子全是由碳和氟2 种元素以共价键 结合而成，是一种高结晶聚合物。在p t f e 分子中，碳氟键键能高达4 7 0 k j m 0 1 ， 比碳一氢键( 4 1 0 k j m 0 1 ) 和碳一碳键( 3 7 2 k j m 0 1 ) 键能高，即使温度超过5 0 0 c 也 难以使它断开。同时，氟原子在碳链周围形成了紧密的屏蔽层，这使聚合物的主 链不受外界任何试剂的腐蚀，具有高度的化学稳定性。 p t f e 具有以下一系列优点：卓越的耐腐蚀性，能够承受除了熔融的碱金 属，氟化介质以及高于3 0 0 氢氧化钠之外的所有强酸( 包括王水) 、强氧化剂、 还原剂和各种有机溶剂的作用；持久的使用寿命，寿命长达1 0 年；极强的 耐绝缘性，不受环境及频率的影响，体积电阻可达1 0 1 8 欧姆厘米，介质损耗小， 穿电压高；优异的耐高低温性，对温度的影响变化不大，温域范围广，可使 j 浙江大学硕士学位论文绪论 用范围- 1 9 0 2 6 0 ；独特的自润滑性，具有塑料中最小的摩擦系数，是理想 的无油润滑材料；突出的表面不粘性，已知的固体材料都不能粘附在表面上， 是一种表面能最小的固体材料；较低的渗透性长期暴露于大气中，表面及性 能保持不变；可贵的不燃性，限氧指数在9 0 以下。 同时，p t f e 也有其自身的缺陷：热性能差；抗拉强度低，冷流现象严重， 抗蠕变性能差；表面粘结性差，很难与其它材料粘结在一起，也不能采用通常 的热塑性塑料的热熔接方法；加工性能差。 p t f e 的一系列性能特点，决定了它的使用范围，所涉及的使用领域有王水、 硝酸、硫酸、璜酸、强碱和氧化物等 1 2 。1 3 。 1 2 2 聚四氟乙烯塑料换热器特点 ( 1 ) 管子直径和厚度均较小 由于p t f e 的热阻较大，为了减小热阻故采用薄壁结构，使其具有相对较 高的传热系数。国内外都对用薄壁氟塑料管制作换热器进行过研究，管径一 般为2 中6 衄，壁厚0 5 0 6m m 。这样，p t f e 换热器在相同直径管板 上的小管径管子数量可以超过大直径管子数的数十倍，具有单位体积内换热 面积较大的优点。 ( 2 ) 光滑不结垢 能够很好地克服紧凑式换热器流道狭小且易堵塞的缺点，在使用过程中不结 垢，可以使换热器的传热系数保持恒定。 1 2 3 聚四氟乙烯塑料换热器发展概况 ( 1 ) 国外发展概况 p t f e 换热设备是在工业上需要既耐腐蚀又具有高洁净率换热材质的局面下 问世。据资料介绍，1 9 6 5 年美国杜邦公司研制成功聚四氟乙烯盐酸冷凝吸收器， 代替了传统的陶瓷盐酸冷凝吸收器、玻璃冷凝吸收器及石墨设备，极大地提高了 换热设备的耐蚀性和换热介质的洁净率。此后，一些工业发达国家也开发了p t f e 换热器，并实现了商品化生产。并在石油化工、硫酸、医药、电镀、轻工等领 域逐步得到广泛的应用 11 ，1 2 1 。 国内发展概况 可概况成两个方向，即与换热设备相关的p t f e 复合改性技术和制作工艺的改 进。 浙江大学硕士学位论文绪论 p t f e 复合改性技术 众所周知，p t f e 具有较好的耐腐蚀性能，但其导热系数较低，抗拉性能较差。 为了提高p t f e 的导热系数，许多研究者做了大量的工作，主要通过在p t f e 中添 加复合材料，改进其导热性能和抗拉性能。 添加石磨成份，增强p t f e 材料的导热性能。文献 3 中介绍了用石墨填充聚 四氟乙烯可以明显提高复合材料的热导率，当石墨含量为3 0 时，聚四氟乙烯石 墨复合材料的热导率达n 1 2w ( m k ) ，是纯聚四氟乙烯树脂的近6 倍。但是复 合材料的拉伸强度为1 3 2 m p a ，比纯聚四氟乙烯下降5 8 8 ，难以满足实际使用要 求。 添加碳纤维成份，增强p t f e 的抗拉性能。添加少量的碳纤维及其在基体中合 理的分布，可以显著提高复合材料的力学性能。对于添加量比为7 0 3 0 的聚四氟乙 烯石墨复合材料，碳纤维含量为3 时，其拉伸强度达到5 3 9 m p a ，提高3 倍多；含 量为6 2 时，强度达n 8 6 6 m p a ：含量为9 2 时，强度达1 1 9 9m p a ，远远超过实 际所需的力学性能要求。 制造工艺的改进 1 9 7 3 年郑州工学院开始p t f e 换热设备的制造工艺的研究工作。有氟塑料换热 器f - 4 管板限施压加热焊接法、f - 4 6 蜂状管板焊接法和f - 4 6 管板熔加热焊接法工 艺。通过试制、试用并积累数据，已探索出可行的聚四氟乙烯换热器制造工艺。 2 0 世纪9 0 年代中期，浙江温州市氟塑料设备厂在消化吸收国内外成功经验的基础 上，创造了管板限胀管内施压熔融连续工艺，解决了氟塑料管板和管子的连接这 一关键技术。浙江温州某厂子2 0 0 1 年发明了i 种p t f e 换热管与管板连接的新方法， 并申请了国家专利。虽然实现了技术上的一些突破，但就目前来讲，p t f e 换热器 管板焊接技术仍较难掌握，制作远达不到机械化和自动化。由于p t f e 管板焊接工 艺原理不同于钢制换热器管板焊接原理，故无法进行内部焊接质量检测，只能通 过宏观检验手段，如水压试验或气密性试验来确定焊接面的牢固性。对焊接面上 存在的个别缺陷无法立即测定，只能在使用一段时间后定期检查。因此，p t f e 换 热器管板焊接技术及工艺尚待进一步研究改进 1 2 ，1 3 。 1 2 4 聚四氟乙烯塑料换热器发展中的问题及发展方向 就目前来讲，聚四氟乙烯换热器管板焊接技术较难掌握，制作远达不到机械 化和自动化，尚待进一步探索改进。与其它任何材质的换热器一样，氟塑料换热 器不是任何条件下都能使用的设备，应用时必须根据它的特性，合理使用才能收 到预期技术经济效果。由于采用小口径薄聚四氟乙烯换热管，故其温度使用范围 和耐压程度受到极大限制，同时必须预防机械性损伤为预防较大介质颗粒产生 浙江大学硕士学位论文绪论 堵塞，有必要在换热器入口处安装颗粒分离器，如果颗粒浓度不高，可定期使流 体反向流动，这样从一定程度上增加了设备的适用性。由于聚四氟乙烯的管板焊 接工艺原理不同于钢制换热器管板焊接，就目前来讲还无法进行内部焊接质量 检测，只能通过宏观检验手段，如水压试验或气密性试验，来确定焊接面的牢固 性。对焊接面上存在的个别缺陷无法立即测定，只能在使用一段时间后定期检查 弥补。 总之，聚四氟乙烯换热器具有十分广阔的发展前景，加强对f 4 基材料研究、 开发新品种新系列以提高产品的应用范围是今后发展的主要方向。我国市场广阔， 氯碱、硫酸、化肥、医药等行业设备也要更新换代，因而需要大量的、先进的聚 四氟乙烯设备 1 3 ，1 4 。 1 3 澳化锂吸收式制冷技术 1 3 1 澳化锂吸收式制冷技术简介 溴化锂吸收式制冷机组可广泛应用于轻纺、化工、电子、食品等工矿企业， 也可应用于宾馆、剧院、医院、大楼等场合。与其它类型制冷机相比具有一些明 显的特点 1 5 ，1 6 ，1 7 ，1 8 。图1 2 为溴化锂吸收式制冷机的外形及流程示意图。 1 3 2 澳化锂吸收式制冷机发展方向 当前溴化锂吸收式制冷的发展方向 1 8 - 2 0 ： ( 1 ) 小型化、轻量化 降低机组的体积和重量应是今后研究的热点，其中最重要的研究应是机内传 热与传质的研究。 高效传热管的研究 高效传热管的采用，不仅增加了传热面积，而且使溶液在管子表面形成 涡流和对流，增强了扰动，有利于传热与传质。采用高效传热管后，机组重 量与体积大幅度减小，减少了机组金属耗量。值得注意的是：高效传热管的 采用要考虑中国国情，国内水质条件较差，故对于吸收器和冷凝器采用高效 传热管要谨慎 2 1 - 3 5 。 添加剂的研究 添加剂系表面活性剂，其作用是减少溶液在管子表面的张力，产生马拉 各尼效应，增强传热效果。由于以往添加的表面活性剂辛醇( 正辛醇和异辛 醇) 与溴化锂水溶液的互溶性较差，不能与溶液充分，因而影响了强化传热 效果。俄罗斯进行了氟化醇添加剂的实验研究。由于氟化醇与溴化锂溶液的 互溶性较好。因而起到了较好的增强传热效果 3 6 一s o l 。 浙江大学硕士学位论文 绪论 蒸 置髓# 木直蹴烟气直戆m 唯l i 瞄髓抽髓硪能 一 湛丽王簧 兰器蠢一铲氢 l ：再夏了 龄j 限参?2 0 t 。ll k ，歹? “舻鸶 图l2 溴化锂吸收式制冷机的外形及流程示意图 吸收机理的研究 继续进行吸收和发生过程的机理研究，开发各种型式的紧凑式换结构和机械 加工换热表面。进行吸收器新设计方法的探讨，从传热与传质的观点考虑传 热面积与管排合理配置等 5 卜5 3 。 ( 2 ) 高效 提高机组能源效率是我们永恒的研究主题。它体现在： 2 嚣 ： m淼忿篇篇篇il 浙江大学硕士学位论文绪论 新工质对的研究 为了提高溴化锂吸收式制冷机的热效率，其途径之一是：进行新工质对 的研究。特别是随着热泵机组与空冷机组的发展，h 2 1 3 + l i b r 3 z 质对吸收能力 不足，易发生结晶的缺陷更显得突出。其中对h 2 0 + l i b r + z n c i ：系开展研究工 作，有较现实的意义。 吸收循环的研究 开发各种高效或者多数循环提高制冷机 5 4 - 6 2 、冷水机组和第一类吸收式 热泵( 增热型热泵) 的性能系数，提高第二类吸收式热泵( 升温型热泵) 的温升。 ( 3 ) 智能化 信息科学的发展，智能化必然会成为溴化锂制冷机研究发展的热点，它体现 在以下等诸多方面： 提高调节精度，增加空调系统舒适性 负荷的快速、稳定调节 部分负荷效率高，提高能源效率管理简单化，减少人为故障 远程控制，提高楼宇自动化水平能自动显示，排除故障 ( 4 ) 多联产技术 推广溴化锂吸收式技术在各种余热系统的应用。特别是推广在热电冷联产系 统、汽电共生系统和区域集中供热供冷系统中的应用，提高系统的初级能源利用 率 6 3 ，6 4 。近1 0 年来，以小型燃气发电设备和吸收式机组为核心的、适宜于单 座建筑物或多座楼宇应用的热电冷联产系统以其高热效率、低排放和应用的灵活 性大受青睐，已成为世界各国研究的热点。 1 4 本文研究内容 人们节能和环保意识不断提高及严峻的缺电形势，溴化锂制冷吸收式制冷 机已在国内得到了广泛应用，中央空调用户将注意力转移到了以热制冷的溴化锂 制冷机上。客户的需求，推动了技术的发展。在广大学者积极研究溴化锂各项技 术的同时，本文选择了素有“塑料王”之称的聚四氟乙烯材料，将其按照设计的 结构，加工成为所需的聚四氟乙烯换热器，应用于蒸汽型单效溴化锂吸收式制冷 机中，期望通过聚四氟乙烯优越的防腐蚀性能，克服金属换热器易受溴化锂溶液 腐蚀的缺点。 本文研究的内容，主要以试验研究为主，并在文章第六章提出了一个简单 的单效溴化锂制冷系统静态仿真模型。主要内容可概括为： 检漏及补漏 在机组安装完毕后，即可对制冷机组进行检漏。检漏的方式：分正压和负压 浙江大学硕士学位论文 两种，正压使用肥皂水检漏，负压采取保压方式；检漏对象：制冷机筒体与聚四 氟乙烯换热器。检漏大致经历以下几个过程：制冷机筒体的检漏一聚四氟乙烯换 热器检漏一装入换热器后机组的检漏一装入溶液及换热器芯子的检漏。检漏过 程，工作量大，考验细心和耐心。整个过程，出现过很多问题，主要为材料中出 现的问题质量及安装中存在的问题。补漏对象：制冷机组焊接处，连接法兰处及 换热器芯子。 热电偶的标定 热电偶使用p 、，t 试验台进行标定，通过误差分析，在不计接触热阻造成的误 差的情况下，总误差不超过0 1 6 9 ，精度较高，较好的满足了试验的要求。 制冷机组的调试 在气密性满足了试验的要求后，对制冷机组进行了调试，通过观察不同测点 的温度，调节制冷机组性能，期望通过监视冷媒水进出口温度判断机组是否能实 现制冷。在调试过程中，出现了结晶现象。清除结晶体之后，再次运行制冷机组， 开始制冷。 制冷机组的试运行 调试的成功，无疑给实验带来了极大的动力，而吸收器换热面积不足、溶液 热交换器简化和发生器发生温度的限制，使得制冷量比设计时低。试运行的主要 任务是调节外部水的流量与进口温度以及制冷机组的溶液循环量和加热功率等， 观察机组工作是否正常。 试验 改变制冷机外部水流量，进口温度及制冷机组的加热功率、溶液循环量等参 数。研究制冷机组性能。 聚四氟乙烯换热器传热性能分析 将试验得到的聚四氟乙烯换热器传热系数与理论计算值进行对比，通过对 比，结合实际运行时的情况，分析造成差距的原因。同时使用六种不同金属材料 的换热器与聚四氟乙烯换热器进行对比。并对具有相同结构参数，具有不同的壁 厚的纯铜换热器和聚四氟乙烯换热器进行对比，对比发现，当纯铜管的外径达到 i m m ，聚四氟乙烯换热器传热管的厚度为0 3 m m 时，两者传热系数相当。最后， 计算了换热器效率，得出冷凝器及吸收器中的换热器效率较高，而吸收器较低。 机组性能分析 主要通过改变冷却水、冷媒水流量进口温度、溶液循环量、加热功率来研究 机组的性能，制冷量的变化，及冷凝器、吸收器负荷的变化。 浙江大学硕士学位论文 绪论 单效澳化锂暇收式制冷机静态模型 通过静态仿真，可判断各参数对制冷机性能的影响，为试验提供参考和帮助， 并期待通过试验进一步完善仿真模型。 浙江大学硕士学位论文 塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 第二章塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 塑料管单效溴化锂吸收式制冷机，使用聚四氟乙烯换热器作为换热部件，耐 腐蚀性性能优越。 2 1 聚四氟乙烯换热器 图2 1 、2 2 、2 3 、2 4 为已装入简体内的换热器芯子，依次为冷凝器、吸 收器、蒸发器、溶液热交换器。 图2 1 冷凝器 图2 3 蒸发器 图2 2 吸收器 图2 4 溶液热交换器 制冷机组所用的聚四氟乙烯换热器传热管，布置成阿基米德螺线状传热 管参数：由4 x o 3 ( 珊) 。冷凝器换热器传热管管长为f c = 1 5 6 0 4 1 m ，换热面积为 a = 1 9 6 0 8 7 m 2 ；蒸发器换热器传热管管长为i f = 1 3 5 6 8 4 m ，换热面积为 浙江大学硕士学位论文塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 4 = 1 ，7 0 5 m 2 ；吸收器换热器传热管管长为= 1 4 0 5 5 8 m ，换热面积为 屯= 1 7 6 6 3 m 2 ；溶液热交换器传热管管长为乞= 6 6 8 4 0 m ，换热面积为 气= 0 8 3 9 9 4 4 m 2 。 在水压检漏时，发现蒸发器有一处管子泄漏。补漏时，将这跟传热管的两 端堵住，所以传热管长及传热面积比设计时减少了1 1 2 ：同样吸收器内的换热器 有四根管子被堵死，传热管长及传热面积比设计时减少了4 1 5 。 值得指出的是：设计塑料换热器时，需考虑加工的问题，由于塑料的特性已 折，所以绕度不能太大，设计时应该考虑穿管能够实现。 表2 1 介绍了聚四氟乙烯综合性能，其中导热系数为0 0 6 e a l m s e e ( 即 0 2 5 1 w ( m k ) ) 。 表2 1 聚四氟乙烯综合性能表 指标名称单位标准备注 比重 g e 时 2 1 4 2 2 软化温度 3 2 7 拉伸强度 m p a1 3 7 2 3 4 3 伸长率 1 5 0 4 0 0 压缩强度m p a1 2 冲击强度( 悬臂) k g - c m c 吖 1 6 3 邵氏硬度d 5 0 5 5 弯曲弹性模量 1 0 3 k g c 吖 3 5 6 3 弯曲弹性模量 1 0 3 k 舻i n 2 4 o 动摩擦系数 0 1 7 k g ，cm 23 m r a i n 导热系数1 0 2 c a l m - s e c 6 o 比热 c a l 。c g o 2 5 线胀系数1 0 - 5 ，1 0 o 热变形温度1 8 5 k g c 时 5 5 4 6 k g c 咿 1 2 1 无负荷最高使用温度 2 6 0 体积电阻 q 。c m 1 0 1 8 击穿电压 k v n m a1 9 介电常数6 0 1 - 1 z 1 06h z 9 5 最佳 无 无 耐候性 直射阳光影响i 一 强弱酸碱及溶剂影响l 一 注：以上数值的测试方法为美国a s l m 标准。 以上数据来自德清通和塑料研究所。 2 2 澳化锂二元溶液特性及其热力状态回归方程 2 2 1 溴化锂溶液的性质 溴化锂溶液是固体溴化锂溶解于水而成。它的性质与食盐( n a c l ) 很相似， 在大气中不变质、不分解、不挥发、是一种稳定的物质。溴化锂溶液是无色透明 的液体，无毒，入口有咸苦味，溅在皮肤上微痒。添加铬酸铝后呈微黄色。溴化 锂溶液的质量直接影响溴化锂吸收式机组的性能 1 6 。市场上购买的溴化锂溶 液，应符合标准，表2 2 即为化工部行业标准h g t 2 8 2 2 1 9 9 6 。 表2 2 溴化锂溶液化工部标准表2 3 溴化锂溶液摩尔公司产品分析报告 化工部行业标准 1 1 6 f = 贮；1 9 95 项捋强棘 l m 骼。l 盘 乡5 0 翔tl 魄l ：吼o 1 0 3 ；酗p ；l ：触；o 瓣o 3 。 f 。醴吨t 蔷t 争张 麓 e 钨r 璇c l r ，每晕i0 笃 嗑陵未t k 瓯： 名譬4 ； e 甜 l 配苗0 缸矗：，p 学o 0 j 嚣! f ，l 跳，；0 。o l 钎，e9 1 第+ - 扛二； 蛄 饥“- ，挚 e 晰 媛缸j 每；0 l 镕鼬￥， e 。o l 尊b 苗r l 鼢， j ；0 驰 湘潭摩尔化工有限公司 亡晶盆i 担壹墼 送毵虢特：鎏i ：占竺舒名：t i 壁温凌 知昕衄责 ：z 已l分 ；砘：二正上复梅：垫。赶盐 膏毓；o 髓编辱：2 q q 曼l ：q ：l 丑2 爨氧：i q 虹 ，；i j # 嶂钮l r 虻 5 0 e ( 7 。b 咄- c 1 产1 0 妇i9 je0 ，r口ee ： ；，p ；一n r 吼“ 0 ：5 竹“i4 。*e 5 e 0 1 c h ，c 。l ，e r “， 2 n 鲐0 1# ，魄h0 以。程8 2 1 9 螗 产岛音培。准予出厂 摩尔他= r 产品分析室 2 $ 年2 月1 6 开 本试验采用的溴化锂溶液为湘潭摩尔化工有限公司所生产，其具体的指标见 表2 。3 。其各项指标符合化工部行业标准，并有两项指标较优越：氯化物( e l 一) 含量0 0 5 ( 低于化工部行业标准0 2 5 ) ；硫酸盐( s 0 4 ) 含量0 0 3 ( 低于化工 部行业标准0 0 4 ) 。溶液的吸收能力有所提高，结晶条件相对改善，对机组腐蚀 也相对下降 6 5 。 浙江大学硕士学位论文塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 2 2 2 澳化锂溶液的腐蚀性 ( 1 ) 腐蚀原因 溴化锂溶液对金属有强烈的腐蚀作用，氧分子结合金属，生成氧化物。氧化 的同时失去的电子，与溶液中的氢离子( h + ) 结合，生成不凝性气体 1 2 。所以 隔绝氧气是一种最有效的措施。 圆影响对金属腐蚀的因素 温度、溶液的酸碱度或l i 0 h 的浓度、l i b r 的质量分数，都会对腐蚀造成影 响。 a ) 溶液温度 很多研究工作者的试验证明：当温度低于1 6 5 时，溶液温度对金属腐蚀的 影响不大；而当溶液温度超过1 6 5 时，溶液对炭钢或紫铜的腐蚀急剧增大。 b ) 溶液的酸碱度或l i o h 的浓度 溶液的酸碱度可用p h 值表示，p h 值小于7 时溶液呈酸性，对金属腐蚀严重。 腐蚀试验证明，p h 值在9 o l o 5 范围内( 相当于l i o h 的浓度在0 0 1 0 0 4 m o l 1 ) ，对金属的腐蚀最小。p h 值大于1 0 5 时( 相当于l i o h 的浓度大于 0 0 4 m o l 1 ) ，腐蚀也加剧。 c ) l i b r 的质量分数 在常压下，在稀溶液中氧的溶解度比浓溶液大，所以稀溶液的腐蚀性比浓溶 液大。但在高真空条件下，由于含氧量少，所以对金属材料的腐蚀几乎与溶液质 量分数无关。 2 2 3 澳化锂二元溶液热力状态曲线回归方程 在进行溴化锂吸收式机组热力循环各状态点参数的计算时，自然要涉及溴化 锂水溶液的物性、水、水蒸气的物性，尤其要频繁查阅溴化锂水溶液物性图。手 工查表及图，工作繁琐而费时，且误差较大，因此有必要将数据表或图转化为具 有较高精度的方程。 ( 1 ) 溴化锂水溶液的粘性系数方程 溴化锂溶液的动力粘度系数回归方程 6 6 3 ： 44444 肛= 以x 4 + f b x 4 + f 2 c x 4 + f 3 z o x 。+ f 4 e x 4 ( 1 ) 0000 0 式中：l i 溴化锂溶液的动力粘度系数，p a s ； x 溴化锂溶液中溴化锂的质量分数，； 浙江大学硕士学位论文塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 t 溴化锂溶液的温度， 表2 4 溴化锂溶液的粘度系数计算方程( 1 ) 回归系数 n a 。 8 n g矾 e n o2 8 0 2 9 7 8 6- 1 0 2 3 5 90 1 6 8 6 6 31 2 8 8 1 7 e - 33 7 6 4 8 4 e - 6 1- 2 4 6 7 1 0 3 58 8 1 8 4 1 8- 1 4 1 4 0 0 41 0 5 7 9 1 e - 23 0 4 5 8 l e 一5 28 2 3 6 9 5 7 1 22 8 7 0 8 7 34 4 6 4 3 4 4- 3 2 5 9 1 8 e - 29 2 0 8 1 2 e 一5 3 - 1 2 2 9 5 1 5 1 24 1 7 7 6 5 5 8- 6 2 9 1 1 5 74 4 6 8 7 3 e - 2 - 1 2 3 4 5 8 e - 4 46 9 8 7 1 9 1 5 9- 2 3 1 0 5 2 5 83 3 6 6 5 3 7- 2 3 21 9 7 e - 26 2 5 3 4 2 e - 5 温度t 为2 0 c 1 2 0 c ，浓度x 为0 4 o 6 6 范围内，平均相对误差0 5 1 5 ， 最大相对误差2 5 4 。 a ) 溴化锂溶液的结晶温度方程 溴化锂吸收式制冷机在运行时。必须注意溶液的质量分率x 和温度t 的范围， 避免发生结晶现象。按文献 1 6 提供的溴化锂溶液的质量分率x 和温度t 的数据， 经筛选得到如下相关性相当好的拟合函数： x = o 5 7 2 7 + 0 0 0 0 9 5 2 8 6 t , + o 0 0 0 0 1 0 6 5 3 t , 2 + o 0 0 0 0 0 0 0 1 6 5 9 圬 ( 2 ) r = - 9 9 4 3 1 6 + 6 4 0 9 0 4 8 x 一1 5 5 4 2 1 0 1 x 24 - 1 6 7 9 8 1 0 - 5 x 3 6 8 2 2 0 0 4 x 4( 3 ) 式中：t ，溴化锂水溶液的结晶温度，。 在浓度x = 0 5 5 0 6 4 8 6 范围内，前者计算出的x 平均相对误差0 0 8 8 3 ， 最大相对误差0 2 2 9 ；后者计算出的t 。平均相对误差1 3 6 ，最大相对误差 6 4 2 。最大温度偏差绝对值小于o 4 5 。 ( 3 ) 溴化锂溶液的密度与温度和浓度关系方程 溴化锂溶液密度p 与溶液温度t 和浓度x 的关系为： 33 d = e a x 4 + r e b x 4 ( 4 ) 表2 5 溴化锂溶液的密度计算方程( 4 ) 回归系数 o 123 a l 1 0 1 6 0 2 88 4 4 1 6 54 1 9 0 3 616 9 6 1 7 6 b 。 一4 9 0 32 7 3 0 95 5 4 6 53 6 2 7 3 浙江大学硕士学位论文塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 在x = o 4 0 6 6 。t = o * c 1 2 0 c 范围内，用此方程计算出的p 平均相对误差 0 0 3 8 3 ，最大相对误差0 1 5 。 ( 4 ) 溴化锂水溶液的平衡方程 a ) 已知溶液浓度和水的饱和温度，求溶液饱和温度 溶液的平衡方程反映平衡态溶液的压力p 、温度t 和浓度x 关系的方程。因 溴化锂水溶液沸腾时只有水汽化出来，溶液的蒸汽压就是水蒸汽压，而水的饱和 蒸汽压只是温度的单值函数。根据国产溴化锂水溶液物性图表集提供数据， 得线性回归方程： j， f = a x “+ 岛最x 4 ( 5 ) 00 式中：t 压强为p 时，溴化锂溶液的饱和温度，： t ，压强为p 时，对应水的饱和温度，或称露点温度，。 表2 6 方程( 5 ) 的回归系数 0l23 a 。 1 4 0 8 7 68 5 5 7 4 51 6 7 0 8 9- 8 8 2 6 3 6 巩 o 7 71 4 5 52 6 4 0 l2 2 7 7 在x = o 4 o 6 5 ，t = i o c 1 3 0 。c 范围内，溶液温度t 的方程计算值偏差绝对 值小于0 6 c 。 b ) 已知溶液的温度t 和压强p ，确定溶液的浓度x 可采用下列回归方程： 3343 x = a 巧+ f 最哼+ ，c o q + t 3 见巧 000 0 式中：t 压强为p 时，溴化锂溶液的饱和温度，： t ，压强为p 时，对应水的饱和温度，或称露点温度，。 表2 7 方程( 6 ) 回归系数 ( 6 ) a 。b 。c 风 00 3 1 0 5 71 2 3 2e 一2- 1 9 1 6 6e - 41 6 3 8 6e - 6 11 2 8 2 卜23 8 4 6e 一4- 3 3 3 4e - 6- 2 1 6e 一8 2- 1 7 3 1 2e - 4- 7 1 4 5 7e 一85 3 1 2 3e - 8i 5 0 5e 一1 0 35 3 3 0 3e 一75 7 3 e 一93 6 0 1 2e 1 04 6 7 8e 一1 3 41 0 2 , 5 7e - 1 2 浙江大学硕士学位论文塑料管单效溴化锂吸收式制冷机 在x = o 4 0 6 5 ，t = l o 1 3 0 范围内，此方程计算出的x 平均相对误差为 0 7 6 。最大相对误差1 7 4 9 。 根据文献 6 7 提供的饱和水与饱和水蒸汽热力性质表，通过多项式拟和，将 饱和温度和压力之间的关系拟和成以下公式： t l = y o 七a e j p i + 嘻p | 七嘻于t 。 u 、 表2 8 方程( 7 ) 回归系数 i y 。 1t a 2t 8a 3t c l1 1 9 8 5 7 4 2 3 8 5 6 80 0 0 1 5 63 0 9 3 50 0 0 8 7 27 3 0 70 0 7 8 0 6 在t = 1 1 2 0 0 范围内，此方程计算出的x 平均相对误差为0 0 5 0 9 6 ， 最大相对误差0 3 0 6 4 9 7 。 回质量定压比热容计算方程 溴化锂溶液的质量定压比热容与溶液的温度及溶液的浓度密切相关。在一定 温度下，随着质量分数x 的增加，c p 减少；在一定质量分数下，随着温度增加，c 。 增大。回归方程如下： 222 q = a x 4 + f s x “+ 广e c x 4 ( 8 ) d0o 式中：c 。溴化锂水溶液的质量定压比热容，k j (