膜熱交換器性能分析及其對溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)影響研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)以對環(huán)境無害的溴化鋰水溶液為工質(zhì),并且能夠充分利用工業(yè)生產(chǎn)中的大量余熱、廢熱及太陽能等,在保護環(huán)境和節(jié)約能源方面具有一定的優(yōu)勢,因此引起了人們廣泛的重視。然而,溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)性能系數(shù)較低,如何提高其性能系數(shù)一直是相關研究者們的難題之一。溶液熱交換器作為溴化鋰吸收式制冷循環(huán)中的重要組成部分,能夠使得發(fā)生器和吸收器出口溶液進行換熱,達到回收熱能、降低發(fā)生器和吸收器熱負荷的作用。但傳統(tǒng)溶液熱交換器中只存在熱量的傳遞,

2、并無質(zhì)量傳遞現(xiàn)象的發(fā)生。有研究認為,將膜蒸餾技術運用于溶液熱交換器中,能夠使得熱量和水蒸氣分子同時從發(fā)生器出口溴化鋰濃溶液傳遞到吸收器出口溴化鋰稀溶液,因此進入發(fā)生器的溶液不僅溫度升高,溴化鋰質(zhì)量分數(shù)也有所降低,進入吸收器的溶液不僅溫度降低,溴化鋰質(zhì)量分數(shù)也有所升高,發(fā)生器和吸收器熱負荷進一步降低,能夠有效提高系統(tǒng)性能系數(shù)。因此將膜蒸餾技術運用于溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的溶液熱交換器中被認為是一個值得研究的課題。目前雖已得出膜熱交換器能夠降

3、低熱源利用溫度,提高系統(tǒng)性能系數(shù)的結論,但有關其兩側溶液溫度和濃度等參數(shù)在流動過程中沿單根膜管管長的變化規(guī)律、不同工況及膜結構等對熱質(zhì)傳遞過程和系統(tǒng)性能系數(shù)的影響卻少有人研究。因此本文在深入分析膜熱交換器內(nèi)熱量和質(zhì)量傳遞過程的基礎上,建立了熱質(zhì)傳遞數(shù)學模型,對膜熱交換器及整個吸收式制冷系統(tǒng)進行了深入的研究。主要工作內(nèi)容和結論如下:
  (1)介紹了膜蒸餾的應用、分類、所用膜種類及膜組件形式等,闡述了膜熱交換器的原理,著重解釋了膜蒸

4、餾過程中的溫度極化和濃度極化現(xiàn)象及其對膜熱交換器熱質(zhì)傳遞過程的影響機理。
  (2)詳細分析了膜熱交換器內(nèi)熱質(zhì)傳遞過程的耦合作用機理,考慮溫度極化現(xiàn)象對膜蒸餾過程的影響,將膜管分成若干個等長的微元段,分別建立了順流和逆流布置的膜熱交換器內(nèi)熱質(zhì)傳遞數(shù)學模型,得到出口溶液溫度、質(zhì)量分數(shù)和質(zhì)量流量的相關控制方程組,采用MATLAB軟件編寫程序,并結合目前已有文獻中的相關實驗參數(shù)及結果對模型進行了準確性驗證。
  (3)闡述帶有膜熱

5、交換器的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)熱力計算方法,并指出該系統(tǒng)與傳統(tǒng)溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)熱力計算的差異和原因,在一定的已知條件下對系統(tǒng)各設計參數(shù)進行選定,通過熱平衡原理計算各設備的熱負荷、系統(tǒng)循環(huán)倍率及性能系數(shù)。
  (4)求解膜熱交換器內(nèi)的熱質(zhì)傳遞數(shù)學模型,分別得到順流和逆流布置下膜兩側主體溶液溫度和膜處溫度、膜兩側溴化鋰溶液濃度、傳熱推動力損耗程度以及膜通量和跨膜傳熱量等參數(shù)沿單根膜管管長的分布規(guī)律。模擬結果表明:逆流布置時膜兩側換熱

6、量較為均勻,換熱效果更為充分,并且水蒸氣分子始終從濃溶液側向稀溶液側傳遞,傳質(zhì)量較大,較順流布置而言,進入吸收器的溶液溫度更低、質(zhì)量分數(shù)更高,進入發(fā)生器的溶液溫度更高、質(zhì)量分數(shù)更低,能夠降低發(fā)生器和吸收器熱負荷,有效提高溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)。
  (5)將逆流布置的膜熱交換器運用于溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中,分別研究不同熱源溫度、冷卻水進口溫度、冷媒水進口溫度以及所用膜的平均孔徑和孔隙率等對膜熱交換器熱質(zhì)傳遞過程、對各設備熱

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