小型风冷绝热吸收制冷关键技术研究

论文摘要

能源和环境问题已成为全人类共同关注焦点。电驱动制冷空调设备广泛使用不但导致冬夏季电力峰谷问题，而且直接或间接引起诸如臭氧层破坏和“温室效应”等严重环境问题。而风冷燃气空调具有清洁、环保、耗电少等优点，可消除城市电力峰谷问题，有利于能源消费结构的优化和调整，在普通家庭、别墅或办公楼等建筑中具有广阔应用前景。然而，传统风冷燃气空调却因系统工作温度、浓度、压力过高，结果导致结晶问题、腐蚀问题和效率严重下降等问题。更为严重的是，传统风冷管内降膜吸收效果很差从而导致吸收器体积过大，给机组小型化带来很大困难。 针对传统风冷管内降膜吸收制冷的诸多问题，本课题提出一种新型风冷节能绝热吸收制冷新流程，该新流程以风冷冷却器和绝热吸收器代替传统风冷管内降膜吸收器，将传统降膜吸收器中同时发生传热传质过程分阶段进行，吸收传质过程在绝热吸收器内进行，而传热过程在风冷冷却器内进行，绝热吸收器内设置填料层增大水蒸汽与喷淋溶液间接触面积，为传质提供足够空间与时间，可有效强化传质过程，在风冷冷却器内溶液与空气侧换热容易被强化，这样有效解决传统风冷降膜吸收器传热和传质过程难于同时强化等问题，缩小吸收器的体积。此外，本课题还提出在低温换热器中回收利用冷剂水余热，节能效果明显。 对小型空冷燃气绝热吸收制冷新流程特性进行理论研究。在阐述新流程工作原理的基础上，建立组成新流程各部件数学模型，并对新流程在最佳工况点进行热力学参数优化设计和部件换热面积优化设计。提出热力学循环数值计算方法并编写程序进行数值计算，计算冷剂水余热回收量，并分析了高压发生器流量比、室外空气温度和蒸发器冷冻水入口温度对循环热力学性能影响。 风冷绝热吸收制冷重要部件溶液热交换器小型化和冷剂水余热回收是这一制冷方法成功与否的关键技术。本文专门搭建溴化锂溶液热交换器传热和压降性能实验台，对多套管式换热器和板式换热器在小流量、大温差条件下进行传热和压降实验研究，实验验证了冷剂水余热回收效果。采用修正Wilson法拟合出溴化锂溶液在板式换热器中Nu准则关联式。 风冷绝热吸收制冷的关键部件绝热吸收器结构与吸收性能是最重要的关键技术。本文对它们进行了深入的理论研究。综述了溴化锂溶液降膜吸收过程数值计算研究进展，在分析吸收传质机理和对流传质模型基础上，提出采用压降小、比表面积大的不锈钢规整填料对绝热吸收传质过程进行强化，分析讨论填料的几何特性与填料吸收器的流体力学特性，基于液膜的质量守恒、动量守恒、能量守恒控制方程，建立规整填料吸收器数学模型，在对动量方程简化处理后，对数学模型进行离散化处理，采用TDMA算法和二分法，数值计算喷淋溶液温度场、浓度场以及传质系数等参数随吸收器高度变化规律。此外，设计并搭建溴化锂溶液绝热吸收水蒸汽实验台，实验研究在不同喷淋溶液流量、温度、浓度和吸收压力时，填料绝热吸

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 吸收式制冷历史回顾
• 1.3 吸收式制冷发展状况
• 1.4 研究背景
• 1.4.1 电力驱动空调面临严峻挑战
• 1.4.1.1 空调普及与使用是引起冬夏季城市电力空缺问题主要原因
• 1.4.1.2 电力空调直接或间接危害地球环境
• 1.4.2 燃气空调是民用与商用空调发展重要方向
• 1.4.2.1 世界能源消费格局促进世界燃气空调事业发展
• 1.4.2.2 中国天然气能源战略为发展燃气空调提供能源保证
• 1.4.2.3 燃气空调有利于保护环境
• 1.4.2.4 燃气空调低成本、低能耗、低运行费用
• 1.4.2.5 燃气空调缓解电力峰谷问题,平衡燃气季节峰谷
• 1.4.2.6 国家和地方政策鼓励发展燃气空调
• 1.4.3 小型风冷化是家用燃气空调发展必然趋势
• 1.4.4 小型风冷燃气空调研究现状
• 1.4.4.1 小型燃气空调风冷化所产生问题
• 1.4.4.2 循环流程改进
• 1.4.4.3 空冷吸收工质对改善
• 1.4.4.4 吸收器吸收过程强化
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 小型风冷绝热吸收式制冷循环特性研究
• 2.1 小型风冷绝热吸收制冷循环原理与特点
• 2.1.1 循环流程原理
• 2.1.2 循环流程特点
• 2.2 系统部件数学模型
• 2.3 小型风冷绝热吸收制冷循环优化设计
• 2.4 循环热力学性能数值计算设计与分析
• 2.4.1 数值计算方法设计与步骤
• 2.4.2 循环热力学性能数值计算结果与影响因素分析
• 2.4.2.1 制冷剂余热回收对COP影响
• 2.4.2.2 高压发生器流量比对循环性能影响
• 2.4.2.3 室外空气温度对循环性能影响
• 2.4.2.4 蒸发器冷冻水入口温度对循环性能影响
• 2.5 本章小结
• 第三章 溶液热交换器性能强化及其余热回收实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验原理及实验装置
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验装置
• 3.3 实验参数测量与采集
• 3.4 实验内容及步骤
• 3.5 实验数据处理与结果分析
• 3.5.1 换热器传热性能
• 3.5.2 换热器进出口压降性能
• 3.5.3 换热性能准则关联式拟合
• 3.5.4 不确定度分析
• 3.5.5 实验数据计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 溴化锂溶液绝热吸收传质过程强化理论研究
• 4.1 引言
• 4.2 传质机理与模型
• 4.2.1 传质机理
• 4.2.2 对流传质模型理论
• 4.3 强化传质的规整填料吸收器几何模型
• 4.3.1 填料种类
• 4.3.2 填料的几何特性
• 4.3.3 填料吸收器流体力学特性
• 4.3.4 不锈钢丝网波纹规整填料结构与几何参数
• 4.4 规整填料吸收器降膜绝热吸收数学模型
• 4.5 程序算法设计及步骤
• 4.6 数值计算结果分析讨论
• 4.7 数值计算结果与实验结果比较
• 4.8 本章小结
• 第五章 溴化锂溶液绝热吸收水蒸汽传质强化实验研究
• 5.1 溴化锂溶液降膜吸收水蒸汽实验研究回顾
• 5.2 装置工作原理与设计
• 5.2.1 实验装置工作原理
• 5.2.2 装置设计与部件功能
• 5.3 实验参数测量与采集
• 5.4 实验内容及步骤
• 5.4.1 实验内容
• 5.4.2 实验步骤
• 5.5 实验数据处理方法
• 5.5.1 吸收度表示方法
• 5.5.2 水蒸汽吸收率
• 5.5.3 吸收平均传质系数
• 5.5.4 不确定度分析
• 5.6 实验结果与分析
• 5.6.1 填料吸收器内溶液温度和吸收度随溶液下降高度的关系
• 5.6.2 规整填料吸收器内传质系数和Sh数影响因素分析
• 5.6.3 规整填料绝热吸收器吸收量影响因素分析
• 5.6.4 吸收器内设置填料和无填料时溶液绝热吸收效果分析
• 5.6.5 实验结果验证
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 创新点
• 6.3 研究展望
• 参考文献
• 攻读博士期间论文及专利情况
• 致谢