太阳能吸收式制冷系统的设计毕业设计.docx

中国矿业大学徐海学院本科生毕业设计姓 名： 学 号： 学 院： 中国矿业大学徐海学院 专 业： 热能与动力工程 设计题目： 太阳能吸收式制冷系统的设计 专 题： 指导教师： 职 称： 2015 年 6月 徐州中国矿业大学徐海学院毕业设计任务书专业年级 学号 学生姓名 任务下达日期： 2014 年 12 月 20 日毕业设计日期： 2015年 1 月 20 日至2015年 6 月 10 日毕业设计题目：太阳能吸收式制冷系统的设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：指导教师签字：郑 重 声 明本人所呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本毕业设计的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本论文属于原创。本毕业设计的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 中国矿业大学徐海学院毕业设计指导教师评阅书指导教师评语（基础理论及基本技能的掌握；独立解决实际问题的能力；研究内容的理论依据和技术方法；取得的主要成果及创新点；工作态度及工作量；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 指导教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计评阅教师评阅书评阅教师评语（选题的意义；基础理论及基本技能的掌握；综合运用所学知识解决实际问题的能力；工作量的大小；取得的主要成果及创新点；写作的规范程度；总体评价及建议成绩；存在问题；是否同意答辩等）：成 绩： 评阅教师签字： 年 月 日中国矿业大学徐海学院毕业设计答辩及综合成绩答 辩 情 况提 出 问 题回 答 问 题正 确基本正确有一般性错误有原则性错误没有回答答辩委员会评语及建议成绩：答辩委员会主任签字： 年 月 日学院领导小组综合评定成绩：学院领导小组负责人： 年 月 日摘 要制冷系统是指用人工的方法在一时间内对某物体或者空间进行冷却，降低到低于环境介质的温度，并保持这一低温状态过程的设备。太阳能吸收式制冷系统的设计主要对太阳能溴化锂吸收式制冷系统的主要换热设备进行热力设计，设计内容包括：（1） 以7kW制冷量作为设计条件，合理选择设计参数，设计太阳能吸收式制冷系统；（2） 在溴化锂溶液循环和水循环计算基础上确定各换热设备的热负荷以及各介质流量；（3） 对制冷系统各环节换热设备进行计算选型，其中发生器选用管壳式换热器，冷凝器选用套管式换热器，蒸发器选用空气冷却器式蒸发器，吸收预冷器与溶液热交换器选用板式换热器；（4） 利用传热学等基本原理，对换热设备的换热系数进行求解，计算出各环节换热设备的换热面积，设计各换热设备的结构、尺寸、介质流速；（5） 配备全玻璃真空管集热器来收集太阳光照所产生的热量，提高了对太阳能的利用效率，更好的提高了加热热源的温度，从而提高吸收式制冷系统的制冷性能，采用蓄热水箱减轻太阳光照强度不稳定性对加热热源温度的影响。关键词: 太阳能； 吸收式制冷； 热力计算； 换热器设计ABSTRACTThe Cooling system refers to artificial means during a time of an object or space cooling, reduced to below the ambient temperature of the medium, and maintain the low temperature process equipment.The Solar absorption refrigeration system designed primarily for the main heat exchanger Solar lithium bromide absorption refrigeration systems thermal design, design elements include:(1) The Cooling system cooling capacity as a design condition 7kW, reasonable design parameters, design of solar absorption refrigeration systems.(2) Iithium bromide solution and water cycle calculation to determine the thermal load of each heat transfer equipment, as well as on the basis of media flow.(3) The refrigeration system to calculate various aspects of heat transfer equipment selection, the choice of which generator shell and tube heat exchangers, condensers selection of tube heat exchangers, air coolers selection evaporator evaporator, absorbing Precooling with the selection of the solution heat exchanger plate heat exchanger.(4) The use of the basic principles of heat transfer, etc, on the heat transfer coefficient of heat transfer equipment are solved to calculate the various aspects of heat transfer area of heat transfer equipment, design structure, size, media flow rate of each heat transfer equipment.(5) The cooling system equipped with all-glass vacuum tube collector to collect heat generated by the sun light, improve the efficiency of solar energy utilization, better improve the heating temperature of the heat source, thereby increasing the absorption refrigeration system cooling performance, the use of thermal storage tank to reduce the sun light intensity is not affecting the stability of the temperature of the heating source.Keywords:Solar energy; Absorption refrigeration; Thermodynamic calculation; Heat exchanger design目 录1 绪论11.1课题研究背景11.2太阳能的利用21.2.1太阳能利用简史21.2.2太阳能利用基本方式21.3太阳能吸收式制冷原理21.4吸收式制冷分类31.4.1氨-水吸收式制冷31.4.2溴化锂吸收式制冷31.5吸收式制冷发展历史41.6吸收式制冷技术研究现状41.7溴化锂吸收式制冷系统特点51.7.1溴化锂吸收式制冷系统的优点51.7.2溴化锂吸收式制冷系统的局限性61.8本文主要研究内容62 热物性参数72.1溴化锂水溶液浓度72.2溴化锂水溶液密度72.3溴化锂水溶液比焓82.4溴化锂水溶液黏度82.5溴化锂水溶液导热系数82.6溴化锂水溶液定压热容83 热力计算93.1太阳能溴化锂吸收式制冷系统组成93.2各状态点参数选择与计算103.2.1给定参数选择103.2.2选取参数确定103.2.3各状态点数值计算133.3各设备单位热负荷计算143.4热平衡相对误差计算183.5性能指标计算183.5.1热力系数183.5.2热力完善度193.5.3热源单耗193.6各换热设备总热负荷计算193.7各工作介质流量计算203.8传热面积计算214 机组各主要部件的设计224.1太阳能集热器及蓄热水箱的设计224.2发生器的设计244.3冷凝器的设计274.4蒸发器的设计294.5吸收器的设计334.6溶液热交换器的设计364.7连接管道的选型384.8系统用泵的选型395 总结39参考文献41翻译部分英文原文43中文译文52致 谢59中国矿业大学徐海学院2015届本科生毕业设计1 绪论1.1课题研究背景当今社会经济一直都处在高速发展中，世界人口数量急剧增加，人类对煤炭、石油等化石燃料的依赖性巨大，环境污染与能源危机日益严峻，能源与环境问题一直制约着国民经济的发展，中国乃至全世界已经把开发新能源与可再生能源作为国家可持续发展能源基本战略的重要组成部分。特别是发展中国家，越来越注重节能减排、开发环保清洁能源、推广可再生能源。而且将其作为能源战略计划的重中之重。节能与环保是我国经济可持续发展的关键所在，“十一五”期间，我国出台的能源政策规定，我国将全面推行可持续发展的能源战略，要求年平均节能率达到4.4%，主要污染物排放总量减少10%，可再生能源占一次性能源消费总量的比重增量达0.4%，并推行节能和可再生能源的税收优惠政策。为了应对全球气候变暖，2005年2月28日，国家主席胡锦涛宣布了中华人民共和国可再生能源法（草案）于2006年1月1日起正式实施。2009年11月25日，国务院总理温家宝召开国家会议决定，到2020年我国单位国内生产总值CO2排放量比2005年降低40%-45%；会议上还决定，我国要对可再生资源大力开发，积极推进对核电的发展，至2020年，我国的非化石能源占一次能源消费的比重达15%左右1。目的在于合理改善中国现在的能源消费结构，减轻急剧增长的能源需求与环境污染和能源大量消耗之间的矛盾。太阳能作为一种既清洁又环保的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭、清洁无污染、安全性能良好等特点。我国太阳能资源储备丰富，太阳光辐射到地面的光照强度最高可达800MW/s，如果将0.1%辐射到地面的太阳能按5%的转换效率转换为电能，我国每年的发电标煤耗将降低17000亿吨。这对于我国来说，既是机遇也是挑战，如何合理最大化的利用太阳能资源这已成为我国能源战略的关键所在。随着人们生活水平的提高，夏天对空调等制冷产品的依赖性较大，传统的制冷空调一般以氟类制冷剂为主，使用这类制冷剂易对臭氧层造成破坏，不利于环境保护。传统空调又以电能提供动力，这使化石燃料等传统能源使用进一步增加，既浪费了大量资源，又对环境造成了污染。因此，使用新型制冷剂和使用非常规能源提供动力已成为空调制冷系统节能减排工作的关键。1.2太阳能的利用1.2.1太阳能利用简史人类利用太阳能历史悠久，中华民族的祖先是人类利用太阳能最早、最杰出的先驱。早在西周时期，就有“阳燧取火”一说，由于当时生产力与科学技术发展水平低下，太阳能利用始终处于自然利用的初级阶段，主要用于晾晒等2。20世纪，随着现代工业的迅速发展，化石燃料的大量燃用使得生态环境日益破坏，人们才开始对太阳能利用逐步重视，进入应用现代科学技术利用太阳能的阶段。1997年，美国宣布称，至2000年以太阳能为主的可再生能源要发展到占全国能源构成的20%；日本制定“阳光计划”，加大对太阳能利用技术的研发；欧洲某些国家建成了许多太阳能利用研究实验基地，发展太阳能工业；1970年，我国开始对太阳能利用器件研究，将太阳能利用列入国家计划行列。经过30多年的研究开发，取得众多成果，使现代太阳能技术飞速发展，为21世纪更好地利用太阳能奠定了技术基础。1.2.2太阳能利用基本方式（1）光热利用将太阳能辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热量加以利用。目前使用最广泛的太阳能收集装置主要有聚焦集热器、平板集热器、真空管集热器。（2）太阳能发电未来太阳能大规模利用主要用来发电，包括光-热-电转换和光-电转换两种，前者一般利用太阳能集热器吸收热量再加热水形成蒸汽推动汽轮发电机发电。后者利用具有光生伏打效应的太阳能电池将太阳能直接转变为电能。（3）光化利用利用太阳能直接分解水制氢的化学转换方式。1.3太阳能吸收式制冷原理吸收式制冷是利用两种物质所组成的二次元溶液作为工质来运行的。这两种物质在同一压力下有不同的沸点，其中沸点较高的为吸收剂，沸点较低的为制冷剂。吸收式制冷就是利用溶液的浓度随其温度和压力的变化而变化这一物理性质，将制冷剂与溶液分离，通过制冷剂的蒸发而制冷，又通过溶液实现对制冷剂的吸收，这种制冷方式利用吸收剂的浓度变化来完成制冷剂的循环。在工业生产和生活中，常用的吸收式制冷机有氨水吸收式与溴化锂吸收式两种。氨水吸收式以氨为制冷剂，水为吸收剂，可用来制取0以下的低温。但氨有刺激性臭味，对人体有害，而且系统热力系数较低，装置复杂，体积庞大，金属和冷却水的消耗量较大，除工艺过程之外，一般很少应用，主要应用于化工行业。目前，应用最为广泛的是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，以制取0以上冷媒水为目的的溴化锂吸收式冷水机组。而所谓的太阳能吸收式制冷，就是利用太阳能集热器将水加热，为吸收式制冷机的发生器提供其所需的热媒水，从而使吸收式制冷机正常运行，达到制冷的目的。在多种太阳能制冷方式中，太阳能溴化锂吸收式制冷是目前最成熟的方式3。1.4吸收式制冷分类1.4.1氨-水吸收式制冷氨-水吸收式制冷利用热能作为补偿并利用溶液的特性来完成制冷循环。在氨-水吸收式制冷中，氨作为制冷剂，水作为吸收剂，在相同压力下，水与氨的汽化温度比较接近，在发生器中蒸发出来的氨蒸汽会携带较多水蒸汽，为提高机组经济性就必须采用分凝和精馏设备。在氨-水吸收式制冷机运行过程中，当氨水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的氨不断汽化；随着氨不断汽化，发生器内的氨水溶液浓度不断降低，进入吸收器；氨蒸汽进入冷凝器后被冷却水降温冷凝，变成高压低温的液态氨；当冷凝器内的液态氨通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的。在此过程中，低温氨蒸汽进入吸收器后被稀氨水溶液吸收，稀溶液变成浓溶液之后由循环泵送回发生器完成整个制冷循环。1.4.2溴化锂吸收式制冷在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。溴化锂水溶液是由溴化锂和水这两种成分组成，溴化锂水溶液的沸点不仅与压力有关，而且与溶液的浓度有关。在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内收到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断上升，进入吸收器；水蒸汽进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水凝结降温，变成高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急剧膨胀汽化并吸收蒸发器内的冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；低温水蒸汽进入吸收器，被吸收器内的溴化锂溶液吸收，循环泵将浓度逐步降低的溶液送回发生器完成整个循环，如此循环不息连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高装置热效率，系统中往往会添加一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度4。1.5吸收式制冷发展历史吸收式制冷技术的发展已有200多年历史，早在18世纪，人类就开始利用吸收式制冷来获取冰块。1859年，法国Ferdinand Carre就发明了氨-水工质对吸收式制冷机，用于制冰和食物冷藏。19世纪初德国Borsig研制出制冷温度可达零下50的双级氨水吸收式制冷机。1925年瑞典科学家开发出直燃型吸收式制冷机并应用于冷库中。1935年，美国推出单元空调机，实现了吸收式制冷机小型化与家庭化。1945年，美国Carrier公司研制出制冷量523kW的溴化锂水溶液单效吸收式制冷机，1961年美国又研制出双效制冷机。溴化锂吸收式制冷机的问世为其在世界范围内的推广利用奠定了基础。1950年之后，日本从美国引进技术，并加以改造，于1962年研制出单效机和双效机，日本在相关领域一直处于世界领先。20世纪60年代，我国也开始致力于吸收式制冷技术研究，经过将近半个世纪的努力，我国在这方面技术水平也处于世界前列，并成为溴化锂中央空调产量最大的国家。1.6吸收式制冷技术研究现状单效溴化锂吸收式制冷是最简单的太阳能制冷方式，驱动热源可采用0.03-0.15 MPa的蒸汽或85-150的热水，但几乎所有的太阳能单效溴化锂制冷机组是采用热水驱动。单效溴化锂制冷机组的COP并不高，但其可充分利用低品位的热能，如废热，余热、太阳能等，故从能源利用的角度来说，太阳能单效溴化锂制冷机组是节能的。太阳能吸收式制冷系统的试验和测试研究绝大多数是在一些可获得财力支持的大学或相关的研究机构进行。O. Marc和Jean Philippe Praene等先后报道了一个安装在南半球热带留尼汪岛上圣皮埃尔大学里的30kW的太阳能单效溴化锂吸收式制冷机5。该套系统共有4个阵列布置的集热器，但没有辅助热源，当制冷系统不能提供足量的制冷量时，采用吊扇辅助降温。工作时集热器进出口温差约为10，平均出口温度为70，从上午8时至11时教室平均温度为26，从11时至16时，温度低于25。但热水温度达75时，制冷剂未达到额定制冷量，其最大制冷量只达到60%。2008年的测试试验中因为三月份的太阳辐射较强，COP近0.4。这套系统主要用来确定一种收集数据和评估SHC系统性能的方法。Francis Agyenim等测试了一个安装在英国卡迪夫大学里的家用规模的4.5kW的太阳能单效吸收式制冷系统，该系统采用真空管集热器，集热流体是Tyfocor，在太阳能辐射平均峰值800kW/m2时COP为0.58，冷水温度达到7，该测试证明了家用规模的太阳能制冷系统是可行的6。Ahmed Hamza H.Ali介绍了安装于德国奥博豪森市的带有冷却塔的35.17kW的太阳能单效溴化锂吸收式制冷系统，也由真空管集热器构成，在运行期间，制冷机的COP为0.37-0.817。S.Rosiek设计并安装了位于西班牙南部的阿尔梅里亚大学太阳能研究中心的太阳能辅助空调系统,其太阳能集热器是并联安装的平板型集热器，在蓄热水箱和制冷机之间串联安装了100kW的辅助加热器，该制冷机额定制冷量为70kW，该制冷机COP超过0.4。在夏季COP达到0.6，月平均制冷量在40kW左右8。王如竹研究了安装在中国济南的一座绿色建筑物里的带有复合抛物面型集热器的溴化锂吸收式制冷机，该制冷机集热面积为105m2，集热温度可达到130，当热水温度为125时集热效率为50%，该制冷机组能提供15的冷水，其太阳能利用率为19%9。汤勇等研究了超声波对吸收式制冷系统溴化锂溶液中冷剂水的沸腾传质过程的影响。发现使用超声强化可有效提高太阳能驱动的溴化锂吸收式制冷机的制冷效率，降低制冷系统所需最低驱动热源温度，且不会影响系统的稳定运行10。1.7溴化锂吸收式制冷系统特点1.7.1溴化锂吸收式制冷系统的优点第一，以热能为动力，无需耗用大量电能，而且对热能的要求不高。能利用各种低品位热能和废气、废热，如高于20kPa的饱和蒸汽、各种排气、高于75的热水、地热、太阳能等，有利于热源的综合利用，因此运转费用低。若利用各种废气、废热来在制冷，则几乎不需要花费运转费用，便能获得大量的冷源，具有很好的节电效果，经济性高。第二，整个制冷机组除功率较小的屏蔽泵外，没有其他运动部件，振动小、噪声低，运行比较安静，特别适用于医院、办公大楼、家庭等场合。第三，以溴化锂溶液为工质，制冷系统又在真空下运行，无臭、无毒、无爆炸危险，安全可靠，被认为是环境友好的制冷设备。第四，安装方便，对安装基础的要求低，因为机组运行时振动小，所以无需特殊的基座。可安装在室内、室外、屋顶。安装时只需作一般校平，接上汽、水管道和电源便可。第五，制造简单，操作、维护保养方便，机组中几乎都是热交换设备，制造比较容易。由于机组性能稳定，对外界条件变化的适应性强，因而操作比较简单。机组的维修保养工作主要在保持所需的气密性。1.7.2溴化锂吸收式制冷系统的局限性第一，在有空气的情况下，溴化锂溶液对普通碳钢有较强的腐蚀性，这不仅影响机组的寿命，并影响机组的性能和正常运行。第二，制冷机组在真空下运行，空气容易漏入。实践证明，即使漏入少量的空气，也会影响机组的性能。为此，制冷机组要严格密封。第三，由于直接利用热能，机组的排热负荷较大，对冷却水的水质要求也较高。1.8本文主要研究内容考虑到国内外吸收式制冷技术已经日趋成熟，但都局限在大型化，尚未对家庭用户进行推广与应用，而本文旨在将吸收式制冷系统小型化，将太阳能热利用技术与吸收式制冷技术相结合，设计出小型化的太阳能吸收式制冷系统。本文主要对7kW太阳能溴化锂吸收式制冷系统进行热力设计，内容包括：1、在给定7kW制冷量的条件下，合理选择设计参数。2、在溴化锂溶液循环和水循环计算基础上对制冷系统各个环节的主要换热设备的热负荷、流量进行热力计算，并对系统的热平衡误差进行校验。3、利用热力学基本原理对系统的性能指标：热力系数、热力完善度、热源单耗进行分析计算。4、对系统中主要换热设备如发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液热交换器以及太阳能集热器进行设计与选型，计算各个换热设备的传热面积，设计各换热设备的结构、尺寸、介质流速。5、根据计算结果绘制出相关设计图纸。2 热物性参数溴化锂为离子化合物，是一种无毒、无色、有苦咸味的粒状晶体，在空气中不会发生变质、挥发以及分解。溴化锂晶体极易溶于水，因为水沸点与溴化锂晶体沸点相差很大，所以溴化锂水溶液在沸腾时产生的蒸汽均为水蒸汽。溴化锂水溶液的热物理性质是进行制冷系统设计的重要参数，只有知道各状态点热物性参数之后，才能进行太阳能吸收式制冷循环的热力计算、传热计算以及制冷系统各个环节的主要部件设计。2.1溴化锂水溶液浓度=(a0+a1t+a2t2+a3t3+a4+a52+a63)/100a0=-54.26707 a1=3.60928910-2a2=2.80779210-6 a3=-1.55197910-7a4=24.60376 a5=60.99763a6=-21.54662式中：溶液的浓度 t：溶液的温度， ：溶液的密度，kg/L2.2溴化锂水溶液密度=a0+a1t+a2t1.2+a3t1.5+a4+a51.2+a61.5a0=1.637442 a1=-2.72597510-3a2=1.35883210-3 a3=-1.31937210-4a4=-3.74790810-2 a5=-1.07893710-3a6=5.37946110-3式中：溶液的密度，kg/L t：溶液的温度， ：100kg溶液中含有溴化锂的千克数2.3溴化锂水溶液比焓h=2.326A+B1.8t+32+C(1.8t+32)2A=-1015.07+79.5387-2.3580162+0.030315833-1.40026110-44B=4.68108-0.3037766+0.008448452-1.04772110-43+4.08009710-74C=-0.0049107+3.8318410-4-1.07896310-52+1.315210-73-5.89710-104式中h：溶液的比焓，kJ/kg T：溶液的温度， ：100kg溶液中含有溴化锂的千克数2.4溴化锂水溶液黏度=0.001exp(a1+a2T+a3lnT)a1=-494.122+16.3967-0.145112a2=28606.4-934.568+8.527552a3=70.3848-2.35014+0.02078092式中：溶液的动力黏度，Pas T：溶液温度，K ：溶液浓度，%2.5溴化锂水溶液导热系数=0.001(a1+a2+a32)a1=-1407.53+11.0513T-0.0146741T2a2=38.9855-0.240475T+0.000348073T2a3=-0.265025+0.00151915T-2.3226210-6T2式中：溶液的导热系数，W/(mK) T：溶液温度，K ：溶液浓度，%2.6溴化锂水溶液定压热容CP=3.462023-0.02679895+0.0013499-6.5510-6(T-273)式中CP：溶液定压热容，kJ/(kg) T：溶液温度，K ：溶液浓度，%3 热力计算3.1太阳能溴化锂吸收式制冷系统组成图3.1 太阳能溴化锂吸收式制冷系统图如图3.1所示，该制冷系统可分为热源循环回路、溴化锂水溶液循环回路、冷却水循环回路、制冷剂循环回路以及冷风循环回路。工作时：热源循环回路由发生器、蓄热水箱、太阳能集热器、热水泵等组成；冷风循环回路由蒸发器、风扇等组成；冷却水循环回路由吸收器、冷凝器、冷却塔和冷却水泵等组成；溴化锂水溶液循环回路由发生器、吸收器、溶液热交换器、发生泵、吸收泵等组成；制冷剂循环回路由发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器和溶液热交换器等组成。3.2各状态点参数选择与计算3.2.1给定参数选择表3.1 常见给定参数与确定原则参数确定原则制冷量根据用户需求设定所需制冷量冷却水进口温度通常设置为32，也可根据特殊要求设定加热热源参数对于单效溴化锂吸收式制冷系统通常选用表压为0.03-0.15MPa的饱和蒸汽或温度高于85的热水（1）系统制冷量Q系统设定制冷量Q=7kW（2）蒸发器出口冷风温度te出口冷风温度根据用户要求选定，本设计综合考虑用户要求以及制冷温度富裕量，选取冷间空气温度为24。（3）加热热源温度th本课题设计为单效吸收式制冷机组，依据表3.1规定 ，取热源温度th=85，在太阳光照良好情况下使用真空管太阳能集热器水温可达85以上。（4）冷凝器冷却水和吸收器冷却水入口温度tw1取tw1=32（冷凝器和吸收器冷却水采用并联联结方式）3.2.2选取参数确定表3.2 常见选取参数与确定原则参数确定原则蒸发温度蒸发器温度通常较冷间空气的出口温度低7-15蒸发压力蒸发压力是和蒸发温度所对应的饱和水蒸汽压力，可由相应的计算公式计算，也可由相对应的物性参数图表查得吸收器压力通常为较蒸发压力低27-80Pa（0.2-0.6mmHg）吸收器中冷却水与冷凝器中冷却水出口温度对于单效吸收式制冷机组而言，冷却水总温升通常为7.5-8；吸收器和冷凝器的热负荷之比，单效机组通常为1.3:1，当采用并联冷却方式运行时，吸收器中的冷却水与冷凝器中的冷却水温升大致相同冷凝温度通常较冷凝器中的冷却水出口温度高2.5-5冷凝压力为冷凝器中的冷凝温度所对应的饱和水蒸汽压力，可由相应的计算公式计算，也可由相应的物性参数图表查得发生压力近似为冷凝压力吸收器出口溴化锂稀溶液浓度由吸收器内的压力和溴化锂稀溶液的出口温度所共同确定，溴化锂稀溶液的出口温度通常比吸收器中冷却水的出口温度高2.5-4，通常的浓度范围为54%-60%发生器出口溴化锂浓溶液浓度由发生器内的压力和溴化锂浓溶液的出口温度所共同确定，溴化锂浓溶液的出口温度通常比热源温度低5-10，也可根据吸收器出口稀溶液浓度和循环系统的放汽范围确定单效制冷机组的溶液热交换器温度通常比吸收器中溴化锂稀溶液出口温度高10-15（1）蒸发温度te取te=10，te为冷间空气温度和制冷剂的蒸发温度之差，一般为7-15te=te-te=24-10=14查饱和水和饱和水蒸汽图，可知PE=1597Pa（2）吸收器压力PA取PE=80Pa，PE为蒸发压力和吸收器压力之差PA=PE-PE=1597-80=1517Pa（3）冷凝器中冷却水的出口温度tw2取tw=8，tw为冷凝器中冷却水总温升tw2=tw1+tw=32+8=40 （4）吸收器中冷却水的出口温度tw3吸收器中冷却水出口与冷凝器中冷却水出口并联tw3=tw2=40（5）冷凝温度tc取tc=3，tc为冷凝温度和冷凝器中冷却水出口温度差tc= tw2+tc=40+3=43（6）发生压力PG查饱和水和饱和水蒸汽图，可知PC=8639PaPG= PC=8639Pa（7）发生器中浓溶液的出口温度t4取t4=10，t4为加热热源温度和发生器中浓溶液出口温差t4=th-t4=85-10=75查溴化锂水溶液物性参数图，可知r=54.1%（8）吸收器中稀溶液的出口温度t2取t2=3，t2为吸收器出口稀溶液的温度与吸收器中的冷却水出口温度之差t2=tw3+t2=40+3=43查溴化锂水溶液物性参数图，可知a=48.3%（9）放汽范围(r-a) r-a=54.1%-48.3%=5.8%（10）溶液热交换器中浓溶液的出口温度t8取t8=15，t8为溶液热交换器中出口浓溶液温度与吸收器出口的稀溶液温度之差t8=t2+t8=43+15=58（11）溶液循环倍率aa=GAD=rr-a=54.1%54.1%-48.3%=9.3GA：去发生器的稀溶液量D：发生器 中蒸发出来的水蒸汽量(12)喷嘴雾化喷淋的溴化锂溶液焓值h9及浓度9f：吸收器中再循环 倍率，通常为f=20-50，本设计中取f=35。h9=fh2+(a-1)h8f+a-1 =3587.01+(9.3-1)128.4335+9.3-1=94.95kJ/kg9=fa+(a-1)rf+a-1 =3548.3%+9.3-154.1%35+9.3-1=49.4%根据溶液热交换器换热过程的热量平衡关系：h7=h2+a-1h4-h8/a3.2.3各状态点数值计算表3.3 选取的参数值序 号类别符号单位公式计算值1吸收器中冷却水出口温度tw3tw1+8402冷凝器中冷却水出口温度tw2tw1+8403冷凝温度tctw2+3434冷凝压力PCPa查表86395蒸发温度tete-10146蒸发压力PEPa查表15977吸收压力PAPaPE-8029028吸收 器中稀溶液出口温度t2tw3+3439发生 器中浓溶液出口温度t4th-107510稀溶液浓度r%查表48.311浓溶液浓度a%查表54.112 溶液热交换器中浓溶液出口温度t8t2+1558表3.4 各状态点参数表序号名称状态点温度压力Pa浓度%焓值kJ/kg1蒸发器中冷剂水1141597058.742蒸发器中冷剂蒸汽114159702527.233吸收器出口稀溶液243/48.387.014冷凝器中冷剂水34386390179.995冷凝器中冷剂蒸汽343863902579.736发生器出口浓溶液475/54.1164.067吸收器进口浓溶液6/54.1/8溶液热 交换器出口稀溶液757/48.3118.819溶液热 交换器出口浓溶液858/54.1128.4310发生器内沸腾溶液5/48.3/11吸收器中喷淋溶液946/49.494.953.3各设备单位热负荷计算（1）蒸发器单位热负荷如图3.2所示，状态为3的冷剂水由冷凝器出来流进蒸发器，冷剂水量为D，蒸发器内的冷剂水被载冷剂加热蒸发，状态为3，在稳定运行的情况下，蒸发的冷剂水量应与进入的冷剂水量相等为D。图3.2 蒸发器热量平衡图根据热平衡方程：QE+Dh3=Dh1qe=h1-h3=2527.23-179.99=2347.24kJ/kg（2）冷凝器单位热负荷如图3.3所示，发生器内发生 状态为3的冷剂蒸汽量D，比焓h3，经过冷 凝器内的冷却水冷 却后凝结为冷剂水，冷却所带走的热量QK。图3.3 冷凝器热量平衡图根据热平衡方程：QK=Dh3-Dh3qk=h3-h3=2579.73-179.99=2399.74kJ/kg（3）发生器单位热负荷如图3.4所示，进入发生器中的溴化锂稀溶液流量GA，浓度a，比焓h7，加热热源的加热量QG，发生器中蒸发的冷剂蒸汽量D，比焓h3。发生器出口的溴化锂浓溶液的量为(GA-D),浓度r，比焓h4。图3.4 发生器热量平衡图根据热平衡方程：QG+GAh7=Dh3+(GA-D)h4qg=h3+a-1h4-ah7=2579.73+(9.3-1)164.06-9.3118.81 =2836.50kJ/kg（4）吸收器单位热负荷如图3.5所示，虽然吸收器使用雾化效果良好的喷嘴喷淋，但是在一般工作情况下，来自发生器溴化锂浓溶液与来自吸收器中的溴化锂稀溶液的相混的过程以及混合溶液出现的闪蒸情况、喷嘴的雾化喷淋都为吸收器中内部变化，对设备的热平衡不造成影响，状态点1所对应的冷剂 蒸汽流量为D，比焓为h1，流入到吸收器，来自发生器经溶液热交换器冷却后的浓溶液在吸收器中被吸收，浓溶液流量(GA-D),比焓h8，吸收过程中放出的热量QAB被冷却水带走，溴化锂浓溶液吸收了D的冷剂水后变为的稀溶液量为GA，比焓为h2，从吸收器中流出并流进溶液热交换器中经过加热作用后再流进发生器。图3.5 吸收器热量平衡图根据热平衡方程：QAB+GAh2=Dh1+(GA-D)h8qab=h1+a-1h8-ah2=2527.23+(9.3-1)118.81-9.387.01=2704.16 kJ/kg（5）溶液热交换器单位热负荷图3.6 溶液热交换器热量平衡图如图3.6所示，忽略溶液热交换器换热过程中存在的热量损耗，依据热量平衡关系式：GAh2+GA-Dh4=GAh7+(GA-Dh8)溶液热交换器的热负荷为QT，则热负荷为：QT=GA-Dh4-h8=GA(h7-h2)qt=ah7-h2=a-1(h4-h8) =9.3(118.81-87.01) =295.74 kJ/kg3.4热平衡相对误差计算若忽略机组泵消耗功率的影响，以及机组与外界环境热损失的影响，将整个机组视为一个热力系统，则发生器和蒸发器是从外界吸收热量分别为QG和QE，冷凝器与吸收器中冷却水所吸收的热量分别为QK和QAB。根据系统平衡方程：QG+QE=QK+QABqg+qe=qk+qabqg+qe=2836.50+2347.24=5183.74 kJ/kgqk+qab=2399.74+2704.16=5103.90 kJ/kg相对误差计算 ：(qg+qe)-(qk+qab)qg+qe=5183.74-5103.905183.74=1.5%按照规定，机组运行时热负荷相对误差应小于7.5%，满足设计规定要求。3.5性能指标计算3.5.1热力系数溴化锂吸收式制冷循环系统工作时，系统向环境释放的冷量与系统所需要吸收的热量之比，称之为热力系数，即性能系数COP。对于单效吸收式制冷系统而言，即蒸发器中产生的制冷量与发生器中驱动热源热水所加入的热量之比。COP=QEQG=qe qg=2347.242836.50=0.83在一定条件下，热力系数值越大，则表明该制冷循环系统的经济性越高。3.5.2热力完善度热力完善度是性能系数COP与同样的热源所驱动、相同的环境与低温热源的温度逆向卡诺循环制冷性能系数COP的比值，反映了制冷循环不可逆程度的大小，是衡量制冷机组的重要技 术经 济指标。对于溴化锂吸收式制冷循环系统，在理想状态下，即理论循环，忽略了制冷机组制冷工质对在状态变化过程中产生的摩擦，散热及过程进行不彻底等损失，但工质对在节流、绝热吸收、闪发过程都是不可逆的，存在不可逆损失；在发生器、吸收器等内部，溶液温度上升或者下降过程存在着不同程度的传热温差，存在传热过程的不可逆，所以溴化锂 吸收式 制 冷循环是不可逆的，机组的热力系数小于卡诺循环热力系数。热力完善度小于1。COPmax=tg-tktg+273t0+273tk-t0 =85-3585+27329.5+27335-29.5 =7.68tg：高温热源温度，tg=85tk：环境介质温度，tk=35t0：冷风平均温度，t0=(24+35)2=29.5热力完善度:=COPCOPmax=0.837.68=0.113.5.3热源单耗对于用热水热量来作为热源的溴化 锂吸收式制冷系统，经常用热水单耗d来衡量制冷系统运行的性能指标。它表示制取单位冷量(1kW)所消耗的驱动热源的能量。d=VHQE=969.901.647=227kg/(kWh)溴化锂机组的热源单耗越低，说明机组运行时所需的热水越少，机组的经济性越好。3.6各换热设备总热负荷计算D=Q qe=72347.24=2.9810-3kg/s=10.72kg/h（1）蒸发器热负荷QE=Dqe=2.9810-32347.24=7.00kW（2）冷凝器热负荷QK=Dqk=2.9810-32399.74=7.15kW（3）发生器热负荷QG=Dqg=2.9810-32836.50=8.45kW（4）吸收器热负荷QAB=Dqab=2.9810-32704.16=8.06kW（5）溶液热 交换器热 负荷QT=Dqt=2.9810-3295.74=0.88kW3.7各工作介质流量计算 （1）加热热水的流量VH热水进口 温度th=85，热水出口 温度th=80，定性温度th=th+th2=