溴化锂溶液热物理参数预测与吸收式制冷循环特性的计算机仿真(pdf 9页).pdf

溴化锂溶液热物理参数预测和吸收式制冷循环特 性的计算机仿真 溴化锂溶液热物理参数预测和吸收式制冷循环特 性的计算机仿真 刘蕾 解国珍 田术 北京建筑工程学院 北京 100044 摘 要 摘 要 本论文首先对溴化锂水溶液的物性与热力性质进行了计算机模拟 得到了求解溴化锂水溶液热 力参数的较为精确的计算方法 为溴化锂吸收式制冷循环系统的模拟和仿真奠定了基础 其次 编制了 吸收式制冷机组循环模拟软件 并对溴化锂吸收式制冷循环的单效 双效串联及并联进行了模拟 取得 较理想的结果 为制造厂商提供了有益的理论设计手段 关键词 关键词 溴化锂溶液 吸收式制冷 仿真模拟 1 引言引言 溴化锂吸收式制冷是一种靠消耗热能实现制冷并且对环境零污染的技术 这种技术与当今环境友好 性 资源节约型的政策相呼应 预计将来它的发展潜力较大 如果对其热力系数以及初投资方面进行突 破性的改进 配合以国家政府的大力推行与发展 建立相应的鼓励政策 那么 这种对环境几乎无污染 的制冷装置在未来社会的空调领域一定会具有更强的市场竞争力 在这样一个背景下 人们对于溴化锂吸收式制冷机性能的改进的研究越来越广泛 也越来越深入 随着计算机应用和工程数学仿真技术的发展 利用数学建模技术来进行计算机模拟溴化锂溶液的热力学 性质 预测和改进溴化锂吸收式制冷机组的特性 作为设计工作者有利工具的要求越来越迫切 本文从 分析溴化锂溶液物理性质及热力性质入手 通过对单效循环及双效串 并联溴化锂吸收式制冷机的热力 过程和传热特性的计算机模拟 得到精度较高的模拟结果和应用编程软件 利用该程序 可以在制造厂 家提供设计参数的前提下 对溴化锂吸收式制冷机组各装置的设计和参数选取提供理论与数据支持 2 溴化锂溶液热物理性参数的计算机模拟2 溴化锂溶液热物理性参数的计算机模拟 溴化锂属盐类 性质与氯化钠 NaCl 相似 其沸点很高 在常温或一般高温下可视为不挥发 极 易溶于水 在大气中不变质 不分解 但是溴化锂水溶液具有较强的腐蚀性 它对普通的金属材料 例 本文由 2008 年北京市自然科学基金项目的资助 1 35 1 45 1 55 1 65 1 75 35404550556065 溴化锂溶液浓度 溶液密度 kg L 温度 10度温度 30度温度 50度 1 7 1 9 2 1 2 3 2 5 2 7 35455565 溴化锂溶液浓度 溶液比热容 kJ kg K 温度 25度温度 40度温度 60度 0 4 0 45 0 5 0 55 0 6 0 65 010203040506070 溴化锂溶液浓度 溶液导热系数 W m K 温度 0度温度 25度 温度 50度温度 75度 0 075 0 08 0 085 0 09 0 095 35455565 溴化锂溶液浓度 溶液表面张力 N m 温度 25度温度 40度温度 60度 如碳钢 紫铜等都具有强腐蚀性 溴化锂水溶液的主要物性参数包括 密度 质量定压比热 Cp 表面张力 热导率 黏度 等 由于溴化锂沸点远高于水 当溶液达到相平衡时气相中不存在溴化锂 仅只有饱和水蒸气 溴化锂 溶液属于非挥发性溶质的二元溶液 文献 1 提供了有关计算溴化锂水溶液物性参数的关联式 通过输入溴化锂水溶液的温度 浓度和 压力等基本热力参数 便可计算出它的其它物性参数 计算结果见图 1 图 4 图 1 溴化锂溶液密度与浓度和温度的关系 图 2 溴化锂溶液比热容与浓度和温度的关系 图 3 导热系数与浓度和温度的关系 图 4 表面张力与浓度和温度的关系 由图 1 图 4 的模拟结果可以看出 溴化锂水溶液的密度随温度的升高而降低 随浓度的升高而升 高 溴化锂水溶液的比热容随温度的升高而升高 随浓度的升高而降低 溴化锂水溶液的导热系数随温 度的升高而升高 随浓度的升高而降低 溴化锂水溶液的表面张力随温度的升高而降低 随浓度的升高 而升高 溴化锂溶液的热物理特性模拟计算结果精度满足系统热力循环仿真要求 3 溴化锂溶液热力参数的计算机模拟 3 溴化锂溶液热力参数的计算机模拟 对于溴化锂吸收式制冷循环的计算 关键在于对溴化锂热力参数的计算 溴化锂的热力参数主要 包括 溴化锂水溶液的质量分数 溴化锂水溶液的浓度 压力 p 溴化锂溶液的温度 T 和溴化锂溶 液的比焓值 h 由文献 1 给出的它们之间的关系 编制了模拟溴化锂热力参数的仿真程序 并通过循 环迭代 完成了输入其中任意两个热力性质参数 求得其它参数的工作 计算模拟流程图见图 5 表 1 是已知溴化锂溶液的温度和浓度利用模拟程序的计算值和实验值的比较和误差分析 可以看 出 当已知溴化锂溶液的温度和浓度时 编程模拟的计算结果与实验值平均误差为 1 17 精度较高 表 1 已知温度与浓度求焓值的实验值与计算值的比较 0 5 偏差误差0 55 偏差 误差 t 实验值计算值 实验值计算值 20 251 7 248 066 3 6341 44 241 8 241 260 538 0 22 40 296 2 291 791 4 4091 49 281 282 57 1 569 0 56 60 358 1 355 69 2 410 67 322 3 323 95 1 645 0 51 80 388 4 379 76 8 642 22 362 3 365 39 3 091 0 85 误差 1 17 图 5 溴化锂水溶液热力性质参数模拟计算流程图 4 溴化锂溶液 h 图的模拟求取 4 溴化锂溶液 h 图的模拟求取 在溴化锂吸收式制冷机组的制冷热力循环分析过程中 h 图是非常重要的一种工具 为此 本 文利用上述所编制的溶液热力参数模拟程序 模拟出等压条件下溶液的比焓值 为系统的循环分析奠定 了基础 模拟得到的溴化锂溶液的压力 浓度和比焓值得关系见图 6 开始 选择计算条件 已知溴化 锂溶液压 力和温度 已知溴化 锂溶液浓 度和温度 已知溴化 锂溶液压 力和浓度 已知溴化 锂溶液浓 度和比焓 已知溴化 锂溶液比 焓和温度 输入已 知数据 输入已 知数据 输入已 知数据 输入已 知数据 输入已 知数据 计算输 出数据 计算输 出数据 计算输 出数据 计算输 出数据 计算输 出数据 是否继续计算 结束 否 是 溴化锂溶液h 图 250 270 290 310 330 350 370 390 0 450 50 550 60 65 浓度 焓值 kJ kg p0 1kPa pk 8kPa 图 6 在 h 图上模拟得到的压力 浓度和比焓的关系 5 吸收式制冷热力循环的计算机模拟5 吸收式制冷热力循环的计算机模拟 将溴化锂热力参数模拟程序和制冷装置的结构参数 如 几何尺寸 相结合 得到机组模拟程序 其运行流程框图见图 7 图 7 溴化锂吸收式制冷机组模拟计算框图 N 开 始 输入制冷量等已知参数 并假定加热蒸汽量 求解各循环点状态参数 进行设备热负荷和热力系数的计算 各类泵流量和传热面积计算 加热蒸汽量是否与假设相等 输入浓溶液浓度 Y 结 束 确定冷凝器 蒸发器 吸收器 发生 器等几何参数 单效制冷机工作过程 250 270 290 310 330 350 370 390 410 0 5600 5700 5800 5900 6000 6100 6200 6300 6400 650 浓度 焓值 kJ kg pa pk 2 5 7 4 8 9 5 1 单效吸收式制冷循环仿真 5 1 单效吸收式制冷循环仿真 单效吸收式制冷循环机组循环图的模拟结果如图 8 所示 利用编制的计算机模拟软件 输入已知参 数 包括 制冷量 工况 以及加热热源的温度 可以较方便地对机组各个部件的热负荷 传热系数 传热面积 溶液和冷剂水流率 加热蒸气耗气率等进行模拟 将模拟计算值与文献 2 的 图 8 单效吸收式制冷机热力循环模拟简图 实际设计值进行比较后结果见表 2 可看出 各部件的计算误差在 6 之内 表 2 单效制冷机组各个部件模拟值与文献 2 的对比 项目 冷剂水 流量 kg s 发生器 热负荷 kW 冷凝器 热负荷 kW 吸收器 热负荷 kW 溶液热交换 器热负荷 kW 热力系数 计算 值 0 752 2451 9 1872 9 2323 5 791 3 0 711 文献 值 0 753 2447 1 1874 1 2318 0 822 5 0 713 误差 0 08 0 20 0 06 0 24 3 80 0 22 项目 加热蒸气 量 kg s 发生器传 热面积 2 m 冷凝器传热 面积 2 m 吸收器传热 面积 2 m 溶液热交换 器传热面积 2 m 蒸发器传 热面积 2 m 计算 值 1 161 123 3 85 9 358 8 99 7 136 3 文献 值 1 156 127 8 85 8 351 7 105 3 136 4 误差 0 43 3 55 0 06 2 02 5 29 0 03 串联流程吸收式制冷机的工作过程 200 250 300 350 400 450 500 550 0 5300 5500 5700 5900 6100 6300 6500 670 浓度 焓值 kJ kg pa pk pr 2 7 10 1112 13 9 4 8 5 2 双效吸收式制冷循环仿真 双效吸收式制冷循环仿真 通过对单效溴化锂制冷循环的仿真模拟计算结果和文献 2 的数据进行比较 说明该模拟软件的计 算误差在工程计算允许的范围以内 从而验证了所建立的数学模型和编制的模拟程序的可靠性和精确 性 在此 利用该软件 分别模拟和预测了双效溴化锂吸收式制冷机组串联循环流程和并联循环流程 仿真结果见图 9 和图 10 由图中描绘的曲线可以看出 模拟程序较准确地描绘出双效吸收式制冷循环的过程的状态点参数 这为溴化锂制造厂商提供了产 品设计前结构和系统流程定型的分析比较工具 从而找出最佳的流程方案 可用来预测既定设计方案与 机组制冷循环性能的关系 进一步优化和完善设计方案 对于已经服役于空调工程项目的溴化锂吸收式 机组 该软件对单效或双效机组的计算机模拟 提供用改变放气范围来达到调整溶液的循环倍率 变化 机组制冷量的理论数据 使机组运行在最佳状态 图 9 计算机仿真的溴化锂吸收式制冷串联双效循环图 并联流程吸收式制冷机的工作过程 250 300 350 400 450 500 0 570 580 590 60 610 620 630 64 浓度 焓值 kj kg pk pr pa 11 10 5 7 2 9 12 4 8 13 图 10 计算机仿真的溴化锂吸收式制冷并联双效循环图 6 结论 6 结论 本篇论文主针对单效和双效溴化锂吸收式制冷机的循环特点 利用 C 语言 对溴化锂热力参数及制 冷循环建立数学模型 编制了一套模拟程序 通过对比 模拟得到的数据与文献 2 中的数据较为吻合 做到以下几点 1 较准确的计算溴化锂水溶液的各种物理参数和热力参数 2 为实际制冷机的生产向厂家提供了数据支持与设计依据 3 便于掌握对机组运行状态各循环点的计算数据预测 4 为进一步利用数字模拟手段研究溴化锂吸收式制冷机组奠定基础 参考文献 参考文献 1 贾明生 溴化锂水溶液的几个主要物性参数计算方程 J 湛江海洋大学学报 2002 22 3 52 58 2 吴业正 韩宝祺 制冷原