新型混合吸收式制冷循环的性能研究

1、新型混合吸收式制冷循环的性能研究 华中科技大学硕士学位论文新型混合吸收式制冷循环的性能研究姓名:万忠民申请学位级别:硕士专业:制冷及低温工程指导教师:舒水明摘 要/随着世界能源的短缺,空调能耗在全年民用能耗中占有相当大的比例,世界各地都在加紧太阳能空调技术的研究。但是太阳能集热器在保证较高的集热效率时,其可获得热源温度一般在之间,此温度范围对于利用单级吸收式制冷系统则热源温度偏低,效率较小,而采用两级吸收式制冷系统则热源可利用温差小,较低。因此寻找一种能利用低温热源并且热源可利用温差较大的制冷循环就是解决问题的关键。,少本文提出了一种高效的适合太阳能空调的溴化锂混和吸收式制冷循环,解决传统吸收

2、式系统在利用太阳能实现制冷时存在的弊端。其特点是在传统的两级吸收式循环相比,系统增加了一个附加高压发生器,通过高压发生器再生出的:溶液与低压吸收器的吸收后的溶液混合,提高高压吸收器的吸收剂浓度从而减小其压力,提高系统的制冷系数,增大了热源的可利用温差。/对太阳能混合吸收式制冷循环进行热力学模型分析,对循环整体性能分析,得到混合循环中各状态点浓度、压力以及冷凝条件等因素对整体性能的影响,并得出它们的增加范围值。研究表明,混合吸收式循环的发生热源在,热力系数最高可达.,其热源可利用温差最高可达,能够较好的适合太阳能空调系统。提出了一种可用予太阳能吸收式制冷系统中的新型蓄能循环,利用储存的浓度势差,

3、实现全天候制冷。分析了它的性能特性,并与传统的蓄热方式和蓄冷方式的蓄能系统进行分析比较,得出在相同的蓄冷量情况下,新型循环的蓄能体积是传统系统蓄能体积的%一%,蓄能体积的冷量能维持房间的夜间冷量,促进蓄能装置小型化,从而推动小型太阳能吸收式蓄能空调的商品化。本文在新型循环理论分析的基础上,对混合系统的热源可利用温差进行实验研究。实验表明,新型混合吸收式制冷循环的热源可利用温差比两级吸收式制冷提高.没有考虑结晶情况下。新型太阳能混和吸收式制冷循环对太阳能空调实用化具有很大的意义。户一关健词:厌阳锛吸收式制冷、混合循环可利用温差制冷系数、华中科技大学硕士学位论文,. .,. ./ ./.,.,.

4、. ,. ,妇硒。删唧吼。 湖蜥 . ”】, .”。.托衔/蠡”.:,华中科技大学硕士学位论文绪 论由于世界能源的短缺,太阳能的利用与无氟制冷技术是世界各国,特别是发达国家重中重的热门研究课题之一【叫。随着我国改革开放的深入发展。人均住房面积的增大和对居住环境舒适性要求的提高,平均每户的能耗急剧上升,全国居民用这部分能量占国发经济总耗能的比例也上升。因此,巨大洁净的能源?太阳能作为常规矿物能源的替代者,为人们展示了无限光明的前景川。利用太阳热能制冷的太阳能空调就成了世界范围内研究的热门课题。太阳能制冷空调包括太阳能集热器与吸收式制冷机,本研究主要基于溴化锂吸收式制冷方式上。.溴化锂吸收式制冷概

5、述根据热力学第二定律分析可知,一切过程的进行都有其一定的方向,在绝热系统中一切可能发生的过程都将使系统的熵增加不可逆过程或者不变可逆过程,凡是将使绝热系熵减少的过程都是不可能进行的,这客观规律都可表示为:吸收式制冷循环要求将热量从低温热源传向高温热源,这样导致系统的绝热系熵减少,因而是无法单独进行的“。若要这样不可能自发进行的过程成为可能,则必须使它与一种可促使系统熵增加的辅助过程同时进行,并且这一辅助过程熵的增加足以补偿主过程的熵的减少。图.溴化锂吸收式制冷循环的基本原理华中科技大学硕士学位论文溴化锂吸收式制冷循环的基本原理如图所示】,首先把中的溴化锂溶液加热,产生水蒸气,打开阀门,使其进入

6、到中,将中的水蒸气冷凝为液态水:停止加热,关闭阀门,冷却中的溴化锂溶液;打开阀门,此时由于中的溴化锂溶液被冷却,使其吸收水蒸汽的能力增强,于是中的水蒸汽被浓度较高的溴化锂溶液吸收,压力下降,导致中的水蒸发,产生制冷效应。溴化锂吸收式制冷机具有以下特点:对制冷机的热源要求不高,可以使用低品味热能。例如低压蒸气、热水以及其它废热、废气等。而在许多的工业部门如化工、冶炼、纺织等都具有大量的低品味热源。而现在流行的利用太阳能这些低温热源来实现制冷空调系统,有其很大的实用价值,得到了广泛的运用【。对吸收式制冷系统,几乎没有什么可转动的设备和部件除泵外,因此运转安静、震动小,噪声小。吸收式制冷机由于不需要

7、压缩机,并且大多设备属容器和热交换器,结构比较简单,便于加工制造和维护。吸收式制冷机的容量的调节范围很大,在%的负荷内可进行冷量的无级调节,并且随着负荷的变化调节溶液循环量,有着优良的调节特性,从而管理方便,运行稳定。不需要精馏;工作压力较低,制冷机在真空状态下运行,无高压爆炸危险,安全可靠;设备结构紧凑,钢材耗用少,热效率较氨系统高。.以溴化锂水溶液为工质,无臭、无毒,有利于满足环保要求,特别是蒙特利尔协议书签订后,国际上禁用氟氯烃化合物,迫切要求寻找代用工质。除对新工质的开发研究外,对不含氟氯烃化合物的溴化锂吸收式制冷机的发展更为重视。太阳能吸收式制冷空调的制冷效率定义为吸收式制冷机制冷量

8、与进入发生器的发生热量之比,国外学者和比较了不同吸收工作介质的吸收式制冷机的效率,特别对氨一水与溴化锂一水的工质对进行了深入的研究,研究表明,溴化锂一水系统的其他的工质对高,虽然溴化锂一水系统中溴化锂溶液有一个结晶温度范围,但是由于其有良好的性能,因此在太阳能吸收式制冷系统中理所当然华中科技大学硕士学位论文成为其制冷工质。同时,通过文献【可得到氨一水吸收式制冷机存在一些缺点:氨水系统在相同的设计条件下,其较水系统低,一般降低%一%。氨水系统有高的发生温度,一般来说,的发生温度可以在?,而氨系统却要一,此时用平板集热器集效率较低,甚至可能达不到这样的要求。氨水系统要求有较高的压力,因而需要较大的

9、泵功,氨水系统需要一个复杂的精馏过程来分离氨气和水。由于氨有危险性,所以氨系统的设计有很多的约束条件。综上所述,溴化锂吸收式系统能够较好地适应太阳能空调系统,因此对溴化锂一水为工质的吸收式制冷有很大的研究必要性。太阳能吸收式制冷包括制冷机与集热器,本论文主要是基于溴化锂吸收式制冷机的研究。.国内外现状综述吸收式制冷原理早在十八世纪七十年代就为人们所发现,在十九世纪五十年代试制了第一台氨水吸收式制冷机抽,但由于其设备较复杂,并且其制冷系数较低,故在很长一段时间内都没有得到广泛的运用。美国是最早研制与生产溴化锂吸收式制冷机的国家。美国开利公司从年就开始着手研究大型溴化锂吸收式制冷机“”,年,开利公

10、司生产了世界上第一台万/制冷量“”、双简体的溴化锂吸收式制冷机。年斯太哈姆公司制成了第一台双效溴化锂吸收式制冷机。由于全美的天然气管网遍布,为了满足用户的需要,也研制了燃气直燃型吸收式制冷机。生产的厂家主要有开利、特灵、约克等公司“。美国虽然在溴化锂制冷机的研制方面起步早,但发展迟缓,主要原因是:美国电费便宜;吸收式制冷机需要锅炉,运转管理复杂,因而生产量少。美国生产溴化锂吸收式制冷机的台数在年为最高峰达台,其后年年下降,到,年仅年产台。但是自蒙特利尔协定书签订以来,由于氯氟烃制冷剂的限制使用,吸华中科技大学硕士学位论文收式制冷机又有了新的发展,近几年来产量年年上升,到年己达年产量台;特灵公司

11、采用日本川崎的技术,开利公司采用荏原制作所的技术,约克公司采用东芝的技术.大力加快了美国溴化锂制冷机的发展。特别是燃气政策法.实施以来,燃气供应得到改善,电费上升,对发展燃气冷热水机和太阳能制冷机提供了有利条件。在吸收式制冷系统中,技术发展最快的国家是日本,其最初的技术是由美国引进的,自从年开始试制小型吸收式制冷机以来,这种制冷机无论在数量上,制冷机性能上都得到了不断的发展与提高,且现在反过来向美国输出。年由川崎重工生产出第一台大容量的吸收式制冷机。接着在年生产出蒸汽双效溴化锂吸收式制冷机,年生产出燃气直燃吸收式冷热水机。年荏原制作所制造出制冷量的燃气直燃吸收式冷热水机。次年矢崎与三洋电机公司

12、研制出的燃气直燃式冷热水机。同时由矢崎,东京燃气株式会社等生产出制冷量范围.万几的小型直燃式冷热水机。年东京三洋电机及荏原制造所研制出智能型的吸收式冷热水机。年日本东京燃气株式会社试制成功了空冷溴化锂机组。荏原制作所、川崎重工、三洋电机、矢崎总业、日立制作所等家近期开发了燃气吸收式冷热水机组。这种机组将吸收式冷热水机与冷却塔置于一体,制冷量范围为,能满足面积为的中小型建筑。经过不断的发展,其生产的单机制冷量最小为,最大为,机组质量由%降低到%,体积由%降到%“”。在我国,年,上海研究所对溴化锂吸收式制冷进行研究,年上海第一冷冻机厂,中国船舶工业总公司上海七四研究所以下简称上海七四研究所,合肥通

13、用机械研究所与上海国棉十联合试制成功了国内第一台单效蒸汽型溴化锂吸收式冷水机组,制冷量为,全钢结构,使用寿命在年左右。年,上海第一冷冻机厂在国外样机技术的基础上,试制成功了万/单效溴化锂吸收式冷水机组,并在年引进了美国特灵公司“溴化锂吸收式制冷机技术”,对提高生产加工工艺水平、改善检测手段,起了一定的作用,产品的清洁度和制造质量明显提高”。华中科技大学硕士学位论文年江阴溴化锂制冷机厂生产出国内最大制冷量为的蒸汽一单效型溴化锂制冷机。并于次年成功生产出国内最大的制冷量为蒸汽双效型溴化锂制冷机?。年上海七四研究所与青岛同和空调设备厂进行了两级吸收式冷水机组的开发,驱动热源温度?,冷水出水温度,用于

14、首都钢铁厂废热回收“”。江阴溴化锂制冷机厂生产出国内最大型制冷量为万/、万/燃油溴化锂吸收式制冷机,并经过鉴定。我国在太阳能制冷及空调的研究可以追溯到年代,不少的科研机构、高等院校和一些企业投入大量的人力和物力“”,但是大多是基于氨一水吸收式制冷试验样机。天津大学年研制出连续式氨一水吸收式太阳能制冰机,日产冰可达.。北京师范学院都师范大学等年研制成功.平板型间歇式太阳能制冰机,日产冰.?。华中工学院现华中科技大学研制了采光面积为.,冰箱容积为,以氨一水为工质对的吸收式制冷冰箱,可维持其温度在。小时左右“”。这期间先后有多个单位开展过工作,积累了宝贵经验。年,中国科学院广州能源研究所与香港理工学

15、院合作在深圳科研与实用相结“九五”攻关项目太阳能空调系统合的示范性太阳能空调与热水综合系统。由广州能源所与北京能源研究所在广州江门市实施建成,年月山东乳山完成的太阳能吸收式空调及供热综合系统“”等表?为其主要的技术参数。表?太阳能空调主要技术参数集热器 制冷机示范热水 热水进出口采光工程 型式 容量种类温度面积 温度单效吸山东 热管式.进真空管 收式乳山进广东 高效 双级吸出平板 收式江门华中科技大学硕士学位论文太阳能空调有被动供能和主动供能两种形式。被动式太阳能空调设备相对简单.造价低,基本上不需要运行及维护费。国内外使用的实践证明,用来采暖效果良好,是目前我国太阳房中的主要形式。主动式太阳

16、能空调,从集热到供给暖气或制冷的过程,需配置集热器,蓄热槽,泵,制冷机等机械设备,所以结构复杂,价格昂贵。但也正是这些机械设备的作用,使得太阳能的利用更加有效。冬天取暖,夏天制冷,太阳能空调在一年四季都能保持相当舒适的室温和湿度。目前,国内外主动式太阳房多数还处于试验研究阶段性质,尚未达到成熟和推广的阶段。但是主动式太阳能空调不仅适用于平房,也适用于多层楼房,可以在城市推广,并且具有节能、环保、安全和居住舒适的优点,因此,国内外都认为应尽快在更多地区进行多种型式的主动式太阳能空调的试验研究【。目前主动式太阳能空调的现状及进一步发展的趋势是:太阳能系统的集热器主要采用平板式、真空管式和热管真空管

17、式等形式【.衢.盯制冷机主要是选择溴化锂吸收式制冷机,包括单效和双级两种啪.由于市场尚无小型合适的吸收式制冷机可供,因此系统均是中、大型的“?;由于集热器、泵、制冷机等导致系统造价偏高,推广难度大。世界各国都在加紧进行太阳能空调技术的研究与开发,美国、日本、韩国、新加坡、意大利、德国、香港等已经或正在建立太阳能空调系统,这是因为发达国家的空调系统在全国民用能耗中占有相当大的比重。我国在“九五”期间开展了太阳能空调技术研究,旨在通过技术攻关和系统示范,解决太阳能空调系统中的技术难题,从而为尽早实现太阳能空调的商业化打下技术基础。当前,国内外学者对太阳能吸收式制冷空调的研究主要集中在以下几点:在传

18、统的单效、双效、三效、双级等吸收式制冷循环的基础上研究提高系统的方法【】。对吸收式制冷机新工质的研究】。对溴化锂溶液腐蚀性的研究。对地热能,太阳能吸收式制冷空调的优化与研究。华中科技大学硕士学位论文对小型太阳能供水,采暖和制冷系统综合技术的研究【“。对高效传热管的应用,电子计算机的应用智能化及其优化。新型循环的研究【。随着世界能源的短缺,太阳能的利用倍受重视,如果能够用太阳能同时进行供冷和供热,那么它的效率是很高的,正由于它的组件价格比电驱动和气体直燃式系统低,而且它的运行费用也比其他的制冷循环低,所以太阳能系统才有很大的市场前景。.主要研究内容以上分析了吸收式制冷机的发展概况,对太阳能空调研

19、究都是基于传统的单效和两级溴化锂吸收式制冷形式的基础上,而这些制冷循环方式在利用太阳能吸收式制冷方面都有其不足之处。在太阳能集热器方面,平板集热器、真空集热器已经得到了很好的应用,但是由于集热器获取的热源温度对其效率有较大的影响,其集热器是随着制取的热源温度升高而急剧减小的,为了提高集热器的效率,优化系统,应尽量的降低集热器的工作温度脚。在保证较大的集热效率时,平板集热器的可获得热源温度一般在以下,在此温度范围内,利用单级吸收式制冷系统则热源温度偏低,此时与之对应的是双级溴化锂吸收式制冷机,但由于其制冷效率较低,导致太阳能制冷空调的整体效率低下,不易推广。与单效吸收式制冷相对应的集热板是真空管

20、式和热管真空管式,其可获得的热源温度可高达,制冷机效率为.左右,但此时其热源的可利用温差为一,可见热源的可利用温差小嘲。而对于同一驱动热源,吸收式制冷系统中热源的利用温差越大,一方面可以使集热器平均效率提高,面积缩小、降低初投资,另一方面降低了热水循环量,因而可以用小泵和较小的泵功,既省了配套投资,又节约了运行成本,提高集热器的效率,较大程度的提高了吸收式制冷机的等性能参数,可以实现系统的小型化与商业化,因此吸收式太阳能空调的得以推广运用的关键是寻找一种能利用低品味热源和大热源可利用温差的吸收式制冷方式。、建立新型高效的太阳能溴化锂吸收式制冷循环系统的热力学理论模型,并对其性能进行分析。其主要

21、特点是:新型系统能够有效地利用低温热源,熟源的利用温华中科技大学硕士学位论文差从传统的?提高到?,增大,即热水的热量充分利用,则一方面使集热器平均效率提高,面积可以缩小、降低初投资。另一方面降低了热水循环量,因而可以用小泵和较小的泵功,既省了配套投资,又节约了运行成本,提高集热器的效率,较大程度的提高了吸收式制冷机的等性能参数,可以实现系统的小型化与商业化。、常规的太阳能吸收式空调系统一般都只能在太阳辐射较大的情况下运行,而在辐射较小或者夜晚的时候难以开启,当然有的也使用辅助加热器使其运行,但是这样就会带来运行费用增加的弊端,没有达到有效的利用太阳能的目的。有的研究开发者利用冷热蓄能槽即在辐射

22、强烈的时候将冷量或者热量聚集起来,但是所需蓄能槽的体积庞大,一般的家庭难以接受,本文建立了一种新型的蓄冷方式地理论模型,可以即有效地利用太阳能,又能使其容积较小,达到很好的经济性能。、对混合吸收式制冷循环系统进行实验研究,研究的重点主要是新型循环的热源可利用温差。华中科技大学硕士学位论文高效太阳能混合吸收式制冷循环及其特性分析在吸收式制冷系统中,能量补偿部分的设备包括发生器、吸收器、冷凝器、溶液节流阀、溶液泵等“”。工质对在发生器中被加热,分离出冷剂蒸汽,在冷凝器中冷凝为液体,通过节流装置后进入吸收器吸收实现制冷。由于密闭容器的压力与溶液的温度、浓度三者是相互制约的,对于同一浓度的溶液,压力越

23、高则对应的溶液温度就高。而发生温度直接影响着驱动热源可利用温差。要寻找一种能利用低品味热源并且具有较大热源可利用温差的吸收式制冷方式,提高吸收式制冷机性能的关键是如何能够在相同的热源进口温度下降低发生器中的发生温度以及找到最佳的溴化锂溶液的发生浓度区间,而要达到此目的,就要选择恰当的发生器发生温度以及合适的浓度区间。鞠量封。鹞娃磬羚。,嘲口 口 % , 以 棚 发生压力/曲矗接韵昧度%图?发生温度与浓度的关系图? 发生压力与发生温度的关系度的关系。曲线、分别为溴化锂浓度为%、%、%时发生压力均从.变化范围内与发生温度的关系图。从图中可以看到,随着溴化锂溶液浓.时溴化锂溶液的浓度与发生温度的关系

24、,度的增大而提高。因此要提高吸收式制冷机的效率以及其可利用温差必须尽量的减小华中科技大学硕士学位论文发生器中的发生压力,减小发生器中的溴化锂的浓度,使其热源可利用温度提高。减小发生器的浓度与降低发生器的压力,也就降低了发生温度,从而有利于低品味热源的利用,也就提高溴化锂吸收式制冷机的整体效率。发生器中的发生压力与溴化锂的浓度不是随意减小的,受到外界冷凝条件的限制。以两级吸收式制冷循环为例,此时低压发生器中的压力即为高压吸收器中的压力.图?所示为低压发生压力与高压吸收器所需冷凝温度的关系。曲线、分别为高压吸收器内溴化锂浓度为%、%、%时发生压力均从.变化范围内与冷凝温度的关系图。从图中就可以看出

25、冷凝水温是随着压力的降低而减小,随着浓度的减小而提高的。要减小发生压力,则高压吸收器所需冷凝温度就要很降低,但在夏天冷凝温度是一定的,不可能任意的降低冷凝水的温度,而要在冷凝水能够达到的冷凝条件下,这就限制了发生压力的任意减小,同样,对于吸收器的浓度也不可能任意的降低,必须满足夏季的冷凝条件。“?强篮力篙一”。图发生压力与冷凝温度的关系新型高效太阳能混合吸收式制冷循环就是在满足冷凝条件的情况下,降低吸收器中吸收压力达到增大热源可利用温差,提高吸收式制冷机的整体效率。.热力学模型图?所示为混合吸收式制冷循环的原理方框图,循环的主要设备包括附加高压发生器、高压发生器、高压吸收器、低压吸收器、冷凝器

26、、蒸发器、溶液热交换器、溶液节流阀、溶液泵等。其循环包括两部分,即水循环与溴化锂溶液循环。其工作过华中科技大学硕士学位论文口概舍点一蔷藏回路?:水图?太阳能混合吸收式制冷循环的原理框图程为:吸收剂澳化锂溶液循环过程为将低压吸收器吸收后的溴化锂稀溶液与高压发生器发生后的较浓溴化锂溶液混合,混合后的溴化锂溶液进入附加高压发生器中发生,发生得到的冷荆水直接进入冷凝器冷凝,而将附加高压发生器发生后的溴化锂溶液分为两路,一路进入高压吸收器吸收来自低压发生器发生的水蒸气:另路则进入低压发生器发生,发生得到的溴化锂溶液进入低压吸收器吸收来自蒸发器的冷剂水,吸收后的稀溶液与高压发生器的较浓溶液混合,实现溴化锂

27、溶液的循环。冷剂水的循环回路为:将附加发生器发生得到的冷剂水直接进入冷凝器冷凝为液态水与高压发生器发生得到的水蒸汽在冷凝器中冷凝为液态的水混合,共同进入蒸发器蒸发,得到气态水,进入低压吸收器吸收,完成冷剂水路的循环。高压发生器发生后的溴化锂溶液与低压吸收器吸收后的溴化锂溶液混合,进入附加高压发生器发生后,其浓度较直接由高压发生器发生后的溶液浓度高,增加了高压吸收器的吸收能力,可以减小高压吸收器的压力,同时降低了低压发生器中溴化锂溶液的浓度,即在相同的高压吸收器冷凝条件下,降低了低压发生器的发生温度,增加了驱动热源的可利用温差,同时,从附加高压发生器发生出的水直接在冷凝器中冷凝,也即在两级吸收式

28、制冷上多了这部分冷量,增加了制冷机的制冷效率,提高了吸收式制冷系统的整体效率。华中科技大学硕士学位论文图?混和吸收式循环原理结构图图?是将原理框图具体化的结构图,其中,为附加高压发生器,为高压发生器,为高压吸收器,为高压吸收器,为低压吸收器,为蒸发器,为冷凝器,为溶液熟交换器。混合吸收式制冷循环可以在溴化锂水溶液的图中表示出来,图?为混合吸收式制冷系统的焓浓图,图中各点与图?相对应。为了便于表示和分析,作如下的假定:工质在循环过程中,不存在任何的流动阻力一附加高压发生器的压力等于高压发生器的压力,也等于冷凝器的压力,用。来表示,低压发生器的发生压力等于高压吸收器的吸收压力,用:来表示,低压吸收

29、器的吸收压力等于蒸发器的蒸发压力,用。来表示;发生器发生终了的溴化锂浓溶液达到饱和状态,同样,吸收器吸收终了的稀溶液浓度也达到饱和状态:制冷过程是在无冷损失和热损失的情况下进行的。如图?所示,混合吸收式制冷的循环过程在一图上可由。、以及由溴化锂浓度曲线所围成的图形表示。华中科技大学硕士学位论文过程?。为循环中溴化锂溶液在溶液交换器中被加热的过程,此过程中溶液浓度保持在。,点表示溶液进入高压发生器的状态,其压力小于高压发生器中的压力,故需要溶液泵提高溶液压力,达到高压发生器中的压力。一为溴化锂溶液在高压发生器中加热为饱和溶液过程,?为溶液在高压发生器中的饱和发生过程此时溶液浓度由。增加到。?为热

30、溶液在溶液热交换器中的冷却过程,此时的浓度保点表示点的溶液与低压吸收器吸收后的稀溶液的混合后的状态点,持在。,。的大小由两混合流的流量大小和它们的浓度决定。?混合后的溶液浓度为为混合后的溶液在通过溶液热交换器与附加高压发生器中的发生过程,为在附加高压发生器中刚达到饱和的状态点。?为溶液在附加高压发生器中的饱和加热过程,此时溶液的浓度由。增加到。?为热的溶液在溶液热交换器中被冷却的过程。此时较浓的溴化锂溶液分为两路,为一部分溶液在高压吸收器中的吸收过程,溶液的浓度由。侔低到。,而另一路则经过过程,即在低压发生器中的发生过程,此时溶液的浓度由。一。,为溶液的节流过程,此时溶液的压力:降到。,为溶液

31、在低压吸收器中的吸收过程,重复此过程,完成溶液的循环过程。圈图?循环的焓浓图 图?循环系统的?图图?为系统的图,图中,为溶液热交换器,为溶液热交换器,为节流阀,其余的符号意义同图?所示。从图?中可以直观看出混合吸收式华中科技大学硕士学位论文循环各个部件之间压力与温度高低的关系,有利于对整个系统整体的了解。.混合吸收式制冷循环的热质平衡.附加高压发生器热量平衡:?绞啊溶液的质量平衡:.高压发生器热量平衡:?魂啊的质量平衡:磊磊.低压发生嚣热量平衡:级,.:玩的质量平衡:六,彘.高压吸收器热量平衡:如啊的质量平衡:。六岛华中科技大学硕士学位论文.低压吸收器热量平衡:啊玩的质量平衡:彘善.蒸发器热量

32、平衡:一绕啊水的质量平衡.对溶液混合点能量平衡:?.质量平衡:磊。卣磊.冷凝器能量平衡:一:水的质量平衡:?综合以上各式,可以得到:绗日卜态啊一志%鬻茅”筹甓肛埘?矗%一笔?, , ,华中科技大学硕士学位论文钟 轰蚝 ,矿轰绋一故系统的溶液循环比:口:鱼±墨±±垒系统的制冷系数为:万考毛矿皱,其中,为溶液流量/,为水的流量/,为热量,为溶液浓度%,为焓/。为附加高压发生器发生热量,。为高压发生器发生热量,绞,为低压发生器的发生热量,为高压吸收器的冷凝热量,为低压吸收器的冷凝热量。其余下标定义:为发生器,为蒸发器,为冷凝器,其余的参数见图。.混合吸收式制冷循环的火用

33、分析对一个过程、循环、装置和设备的分析评价主要是从热力学第一定律出发,按输入,有效转移和输出的三项能量对其作定量分析,从而得出热效率和各种过程效率、装置效率、热回收效率、制冷效率等。这种分析方法是基于能量的量上衡算,只适用于定质量系统,其对比的相对基准是卡诺理论热效率。但是由于在具体的实际过程中,各个过程几乎都是不可逆过程,与卡诺循环在实践中的意义不大,而热力学第二定律为基础的火胃效率则是基于能量的“量”和“质”的综合,烟效率法是针对不可逆性所带来的能量损耗而提出的,它是对热效率法的改进,但又有实质性的不同:热效率法是根据热力学第一定律进行能量衡算,是从静态平衡发展到动态的效果,火用效率是以第

34、二定律为主要内容,但同时又兼顾热力学第一定律,是两个定律的结合;由于物质具有的能量不仅有数量的大小,而且有品位即能量级别的高低,热效率率法只是从能的“量”上进行衡算,忽略了能的“质”的方面,而火用则是从能的“量”和“质”两方面考察实际过程,循环及其设计装置:热效率法是在理想可逆情况下,华中科技大学项士学位论文而火用效率则以物质的有效能火前进行衡算的。通过对热效率和火用效率的对比,得到在研究实际过程、循环和设备装置时,炯效率比热效率更合理和全面。吸收式制冷系统,简单得说即工作于高温温度、制冷空间温度和环境温度间的制冷系统,分析制冷机性能时,仅分析制冷系数是不够的,还必须进一步的运用火用分析法,分

35、析系统的炯效率,因为二垂君效率比制冷效率更能反映吸收式制冷机用能过程的特点。在具体的研究系统的过程中,进行全面的烟分析能够准确地揭示吸收式制冷系统及其设备热力过程的完善程度“”,找到影响系统性能的薄弱环节,为系统的改进及优化指明了方向油。在吸收式制冷系统中,系统的二用损失包括系统内的冷凝器和吸收器中由于冷却水带走的未被利用的能量作为系统的外部炯损失,还包括系统内各设备在能量交换的过程中由于存在着温差传热、节流过程及其混合过程等不可逆的而产生的炯损失,这些即属于设备内部烟损失”“”。为了能够对系统的综合性能有一个全面合理的优化,就必须首先对系统中各设备的夕饵损失的大小或该设备火用损失占系统总火用

36、损失的比率进行彻底的掌握,抓住影响系统整体性能的主要因素和次要因素,分析吸收式制冷系统在能量的转移过程中的薄弱环节,进而对系统进行合理的优化眦,达到最佳的运行效果。.火用的数学计算式为分析系统的火用损失和火用效率,需要得出火用的表达式。对于如图所示聃,在一个稳态流动中,流动工质的初始状态为,、。、。、。流经设备后其状态变为与环境状态一致,即、。、,对研究设备加入的热量为,此时设备输出的功为,过程是可逆的。在此过程中,为了分析简便,流动工质的进出口动能与势能差忽略不计,此时由热力学第一定律与热力学第二定律嘲可以得到:图?物料和能流经过设备的状态改变华中科技大学硕士学位论文矿啊一。一瓦?从式可以得

37、到,在任何的可逆过程中都会使系统的作功能力减小,从而得到在一定的系统状态下的火用的定义,即:一九一?厶式中,表示物流火用,在可逆过程中,它是一个状态参数,与系统经过的过程无关。式中,。 为系统在变化工程中不能转化为功的部分,即火无。在可逆过程中,系统在变化过程中的热量火用。为:白竽删一知当系统从低于环境温度。下工作时,设此时从工质中得到热量,并在环境温度。下,以热量输给环境,此过程中,热量火用:。铲罕每根据式、得到系统的热量火用在两种情况下:%一詈式中一鲁为卡诺系数,当温度低于环境温度。时,。为负数。以上对于恒温过程,对于热源为变温过程时,设其温度从.变到:,此时的热量火用为:?口季.吸收式循

38、环中各部件在传热过程中的火用流由于在传热过程中,随着热流产生就有火用流产生,同时也就有火无产生阳,下面将吸收式循环中的各个部件分别进行讨论。在新型混合吸收式循环中,附加高压发生器、高压发生器、低压发生器内的传热,由于发生过程中不可避免的存在着能量传递过程的不可逆损失,它们都是通过比环境温度高的热源将热量传给比环境温度高的系统工质。此时火用流与火无流方向相同,华中科技大学硕士学位论文它们均与热流的方向一致,是沿着温度下降的方向。并且火用与火无之和等于热量。溶液热交换器中的传热也属于这种情况,由于换热器必然存在着冷热流体的传热温差,因此,必然会导致二佣损的存在。但是它的热量不是由外界加入,而是由环

39、境内部的热量交换。混合循环结构中的高压吸收器、低压吸收器若不考虑冷凝水带走的火用时,由于在吸收过程中,存在着传热温差、扩散、混合、阻力等不可逆损失以及由冷却水带走的外部二用损失。由于冷却水带走的外部烟损相对来说较小,主要的二佣损在于传热温差及吸收时的扩散、混合等过程中,随着冷剂温度蒸汽的提高,蒸发压力相应增加,从而导致吸收器内气、液传热界面上的饱和温度上升,从而与冷却水之间的传热温度增大,传热的不可逆性随之增加,炯损增加。此时火用流与火无流方向相同,它们均与热流的方向一致,是沿着温度下降的方向。且热能全部转化为火无。循环中的冷凝器若不考虑冷凝水带走的火用时,就与吸收器一致。混合循环中的蒸发器,

40、由于其工质温度均低于环境温度,故火用按式?计算为负值,此时、的符号相反,即火用与火无也就是相反方向的。火用是从冷的系统流向热的系统,并且部分转化为火无。火无始终是大于传热量。.混合吸收式制冷循环的火用损失口它点一蝴禳真赌?相冀图?混合循环的火用分析流程华中科技大学硕士学位论文图?所示为新型太阳能混合吸收式制冷循环的火用分析流程图,为了分析结果简便,提出如下假设:从发生器出来的浓溶液是饱和;从吸收器出来的稀溶液是饱和的;从冷凝器和蒸发器出来的冷剂水和冷剂气体是饱和的;忽略热损失及阻力损失。图中所示的混合吸收式,制冷循环中,火用损失的种类很多:除系统内的冷凝器和吸收器中由冷却水带走的未被利用的能量

41、作为系统的外部火用损失外,系统内各设备在能量交换过程中还存在着温差传热、节流过程和混合过程等不可逆过程所产生火用损失,这些都属于设备内部火用损失呻。了解在制冷过程中,系统内各设备火用损失的大小及该设备火用损失占系统总火用损失的比率,就有助于分析寻找制冷系统能量转换过程最薄弱的环节,以便在吸收式制冷系统的优化设计中对该环节引起充分重视。对于有个流股的开口系统,火用的平衡式为: ?彬衄,., , 式中,为输入系统的总火用;形为系统与外界交换的净功;为系统火用增量稳定流动时;,为系统内部总火用损失;晶。为扣除系统向外输,出功后系统输出总火用。混合吸收式循环系统中各设备的火用损失。符号说明,公式中为物

42、流火用,为火用损,表示水流量,为溶液的流量,表示熵,表示温度,其下标表示如图?所示的各状态点。为环境温度,。为收益火用冷量火用,。,。,分别为高、低压吸收器的冷凝热量,为制冷量,。.。分别为附加高压发生器,高压发生器和低压发生器的发生热量。冷凝器的火用损:一华中科技大学硕士学位论文卜鲫。啊。一一瓦。一】:【。,:一。:一毛。】蒸发器的火用损。:一巳卜叫【?一啊一?一其中能量火用:亿刀砂豆高压吸收器火用损昂:一一卜锄.【魄一%一,一】【啊:一%一瓦:一如】一。其中高压吸收器中冷凝火用门低压吸收器火用损一?“蚴【一一。一丑】【,。一毛】一。其中低压吸收器中冷凝火用既“卯如附加高压发生器火用损脚,一

43、岛一一鲫,:吃.一啊一,.一?.【啊。.】%。其中附加高压吸收器的支付火用?仃矽高压发生器火用损蛳,一%一,.一黾?啊。:。:一氏】:低压发生器火用损一一一巳%鳓噍一啊:一,一。:?,【一:一凡一:】%,其中低压吸收器的支付火用昂华中科技大学硕士学位论文热交换器火用损旺?删一?一岛。,.一一.,.【.,。一屯?热交换器火用损脏艇。:,一一瓦,一,.:%一%.一。一。.故系统的总火用损失:?玩蛆系统中无量纲火用损:?仇/玩系统的火用效率:钏一丧糕式中,为冷火用,为热量火用,砟为消耗的电功为简便结果,此时电功为零,死为发生器温度,吼、%分别为制冷量以及发生热量。利用火用效率可以将不同类型的制冷机作

44、统一的比较。吸收式制冷机根据热力学第一定律得到的热力系数只能得出能量的数量上的关系,没有考虑到能量的价值,不能说明能量的真正利用情况。火用效率法可以对能量综合性能进行判定,对能量利用价值进行判定呻。在热水进口温度为,出口温度为,冷却水温度为,冷凝温度为,附加发生器与高压发生器的压力./,低压发生器的压力:. ,低压吸收器压力。.,溴化锂溶液浓度。、。、,、.、。分别为%、%、%、%、%时,混合吸收式制冷循环的火用分析结果见表?,从表中可以看出,新型混合吸收式制冷循环的火用效率高于两效吸收式制冷循环两效吸收式循环的火用效率为.”,这主要是混合吸收式循环利用热源“质”高的原因,可见新型循环可利用性

45、较好,特别适合中低温热源华中科技大学硕士学位论文的情况下。表?所示火用损较大的设备是附加高压发生器、低压发生器、溶液热交换器,找到火用较大的部件,就可以对整个系统进行设计优化,得到最佳的设计参数,提高系统的整体效率。表?循环中的火用损及火用效率。%设备 总火用损编号 火用损. .冷凝器. .蒸发器. . .高压吸收器. .低压吸收器. .附加高压发生器. .高压发生器. . .低压发生器. . .搭撒父:隈器. .溶液交换器.对于发生器,怎样降低发生器在能量传递过程中的不可逆性是提高整个吸收式制冷系统炯效率的关键,而对于溶液热交换器,提高传热效率和减小夕用损,应采用强化传热表面以减小传热温度或

46、者增加传热面积来减小传热温差。对吸收器来说,在相同的条件下,若进入吸收器的吸收溶液浓度较大,使吸收器中的浓度差增大,从而导致扩散混合的不可逆性增大,吵佣损增大,因此应优化出吸收溶液浓度,使不可逆损失减到较小状态。另外,发生热源的温度对制冷系统的二晶效率有较大的影响,发生热源温度越高,加热热源加入的热量夕佣就大,即热源的“质”较高。例如热源进水温度,出水温度,与热源进水温度,出水温度相比,在相同的热量值情况下,前者所引入系统的热量烟较大,即前者使用的热量的“质”较后者高,故少佣效率较高。.混和吸收式制冷系统的性能分析由于传统的单级吸收式制冷循环对驱动热源的要求较高,一般要求高品位的热华中科技大学

47、硕士学位论文源,而对于像太阳能集热器所能得到热源温度很难利用单级吸收循环,并且系统的效率低下;两级吸收式制冷循环的驱动热源要求品位较低,但由于其热效率较低,其吸收式制冷机的制冷效率一般在.之间”,而且热源的可利用温差较小,一般仅为?。新型混合吸收式制冷循环可以弥补二者的不足,更好的发挥太阳能空调的作用。下面通过文献所述的溴化锂的参数确定方法,计算机模拟得出系统的新型循环的性能参数。.溶液的浓度对/以及溶液循环比的影响在此,定义冷剂水循环比,附加高压发生器发生得到冷剂水与高压发生器发生得到的冷剂水的比值,即。/:。该值对系统的性能有较大的影响。影响的因素很多,如附加高压发生器与高压发生器中的压力

48、以及其溴化锂溶液的浓度,其中溶液浓度对它的影响非常大。图?所示为在附加发生器与高压发生器的压力】,低压吸收器压力.时,低压发生器的压力.溴化锂溶液浓度。、.、。分别保持为、%、%时,。.,。/。与。、.的变化关系。图中曲线、分别是。在%、.%、%、.%、%、.%、%时。/:与。的变化关系,从图中可以得到,/:随着。的增大而增大,随着。的增大而减小。警 乏.%图? ./与。和。的变化关系华中科技大学硕士学位论文根据式,混和吸收式制冷循环的溴化锂溶液的循环比为产生制冷剂水所需要的溴化锂溶液的质量“”。循环比值的大小直接决定了吸收器内喷淋的溶液量。喷淋溶液量的大小可以用喷淋密度来表示,即在单位时间内

49、,每平方米管排投影面积上的液体喷淋量。在吸收器内吸收过程使一个传热传质的过程,一方面冷剂水蒸气不断的从气相转移到液相,被吸收到液体中去;另一方面吸收产生的吸收热必须不其大断通过管内水带走。从传热的角度看,液体在管外作膜状流动时的放热系数,小与喷淋密度成正比。因而喷淋密度越大,对传热越有利。不过,喷淋密度的提高也不完全依赖的加大,在改进管排后,也能够适当的提高喷淋密度。从传质的角度看,提高喷淋密度,固然能使冷剂水蒸气和喷淋液体的接触面积增大,有利于传质。采用先进的喷淋装置,使喷淋液分散而均匀,也能增加气液的接触表面。同时由于值的增加,喷淋的浓度大大的降低,吸收效果恶化以及增加了溶液泵的容量和制冷

50、机的电耗。因而,值大小的选取要综合考虑这些有利与不利的因素,得到最佳的值。如图?为系统的循环比与溶液浓度。的关系,图中可以看出循环比的走向,。在%时,其对应的循环比为,而.在%时,其对应的循环比为.,其循环比随着浓度。的增大而趋于平稳。可见循环的值可在?之间,效果较好。墨卦,¨】毛./%图?循环比与浓度的关系.溶液的浓度对混合吸收式制冷循环热力系数的影响图?所示为在.,.,.,溶液浓度。、。、;分别保持为%、%、%时,新型混合太阳华中科技大学硕士学位论文能吸收式循环的随着溶液的浓度的变化关系。口朋口描。箭。邱姆口.蛆溶液浓度%图?混合循环随溶液浓度变化的关系图中,曲线为溶液浓度;。、.、。分别保持为%、%、%时,。从%变到%时,混合吸收式循环的为.左右,曲线所示为溶液浓度。、。、。分别保持为%、%、%时,。从%变到%时,混合吸收式循环的从.增加到.。从图中可以得到中间溶液浓度的变化可以影响系溶液浓度对系统的的统的,其中曲线中随。的变化较平缓,可见影响较小;曲线中随。的变化较明显,.对系统的主要性能参数影响较大,在