溴化锂吸收式制冷系统疏水膜式板框吸收器性能分析
发布时间：2021-03-06 02:16
节能减排是贯穿整个工业发展进程的主要目标。当前能源与环境问题日益严重,消耗大量能源的制冷领域做出改变迫在眉睫。目前压缩式制冷得到广泛使用,但与之相比,吸收式制冷是一种更加顺应低碳经济和可持续发展趋势的制冷方式。它可以利用低品位热源制取冷量。然而,作为吸收式制冷系统的核心部件,传统吸收器的体积和重量都很大,限制了其在微小型制冷场合的应用。此外,因其内部为自由水平面,也不适用于汽车、船舶等经常摇动的场合。近年来,应用膜蒸馏技术的疏水膜式吸收器的出现有望解决上述问题。研究表明:疏水膜式吸收器的吸收率高于传统吸收器,但对于其内部的热质传递机理以及结构与性能的研究还有许多工作要做。本研究以疏水膜式板框吸收器为研究对象,将水蒸气的跨膜传输与吸收过程耦合,建立了一个全新的数值模型,通过仿真的方法分析了其内部的热质传递机理并讨论了几何和操作参数对其性能的影响。首先对疏水膜式吸收器中膜的相关特性进行了介绍,膜的材料选定为PTFE,分析确定了膜内水蒸气的传递机理,同时确定了溴化锂水溶液的相关物性方程。通过合理的假设,建立了膜区域、溶液微通道区域和冷却水区域的数学模型。之后基于COMSOL平台建立了疏水膜式...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１四种膜蒸馏方式原理图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｓ??
湟化锂吸收式制冷系统疏水膜式板框吸以器性能分析??，?；?－１??一—關丨，，丨酬細丨＿ｙ丨＿?．５?，?？?丨丨丨丨丨丨丨??．＾９Ｂ?■?￣?－?｜Ｓ＜??Ｉ；?Ｊ??Ｈｌｆ‘?鬌?？?？?？?？■??■：｜ｌ?疆最通‘?ｉ?＊＂．ｌ??■?？＇?二、｜??Ｉ??ｂＭＨＢＨＢＲｉＨＨＢＨＨＵＩＩＨＨＩＨＢＨＨＨＨＨｉ??图１．２吸收器实物图：（ａ）哈氏合金板（ｂ）由开口面积为５１％的不锈钢板固定的膜（ｃ）组装之??后的吸收器［２１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｂｓｏｒｂｅｒ：（ａ）?Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ?ｐｌａｔｅ?（ｂ）?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｉｘｅｄ?ｂｙ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｐｌａｔｅ??ｗｉｔｈ?ｏｐｅｎｉｎｇ?ａｒｅａ?ｏｆ?５１％，ａｎｄ?（ｃ）?ａｂｓｏｒｂｅｒ?ａｓｓｅｍｂｌｙ［２１］??Ｉｓｆａｈａｎｉ等人％搭建了完整的吸收式制冷系统试验平台，实验中使用的膜具有８０％??的孔隙率和１叩１的标称孔径，采用控制变量法研究了水蒸气压、溶液微通道高度、溶??液流速、冷却水入口温度以及溶液入口温度对吸收率的影响。他们发现增加水蒸气压力??和溶液流速会使吸收率增加，而溶液通道高度和吸收率负相关：溶液通道高度越小吸收??率越高。因此，他们认为Ａｌｉ等人的研究中获得的低吸收率可能是由于溶液通道比较??高，导致溶液膜较厚从而阻碍吸收过程。此外，他们指出疏水膜式吸收器的吸收率约是??传统降膜吸收器的２．５倍，具有很好的发展前景。随后他们进行了膜渗透性的实验，??该实验装置整体结构包括三部分：上腔室，下腔室和观察镜。膜在上腔室和下腔室之间，??测试的流体
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???直都是科研工作者需要解决的问题。在疏水膜式板框吸收器中，由于溶液的低速度，其??在微通道内的流动为层流，水蒸气主要是以扩散的形式进入到溴化锂溶液中，由于该扩??散速度较低，在溶液－膜界面形成的浓度和温度边界层会阻碍吸收过程，事实就是只有??界面附近的溴化锂溶液参与了吸收过程，而大部分的本体溶液的浓度并没有降低。为了??进一步的提高吸收率，Ｂｉｇｈａｍ等人将微结构引入了溶液微通道的壁面，这种微结构??如图１．３所示。为了分析带有微结构的传质机理以及这种微结构对吸收率的影响，Ｂｉｇｈａｍ??等人口３】基于格子玻尔兹曼方法（Ｌａｔｔｉｃｅ?Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ?Ｍｅｔｈｏｄ，?ＬＢＭ）建立了带有微结构的??疏水膜式吸收器的数值模型。根据Ｂｉｇｈａｍ等人的模拟结果，溶液在设有连续的人字形??脊之间流动，这种人字形脊可使溶液受到冲击力，使溶液在流动的过程中发生混合，这??样通道底部的溶液就会持续补充到溶液－膜界面进行吸收过程，通道中的本体溶液会得??到更加充分的稀释。此外，膜－溶液界面的高温溶液与低温本体溶液的混合也会加强整??体溶液的热量传递。虽然带有壁面微结构的疏水膜式吸收器吸收率在溶液入口附近也会??快速降低，但是其降低的速度明显低于相同情况下的无壁面微结构的吸收率，由于人字??形微结构的存在，吸收率会产生降低、升高再降低的趋势，这保证了吸收率不会一直降??低。根据他们的结论，壁面微结构的存在使平均吸收率由原来的〇．〇〇１６ｋｇ／ｍ２．Ｓ增加到了??０．００４ｋｇ／ｍ２．ｓ，吸收率的升高伴随着界面温度的升高，为了减小膜－溶液界面温度和冷却??壁附近溶液温度的差异，Ｂｉｇｈａｍ等人在
本文编号：3066266
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１四种膜蒸馏方式原理图??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｆｏｕｒ?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅｓ??
湟化锂吸收式制冷系统疏水膜式板框吸以器性能分析??，?；?－１??一—關丨，，丨酬細丨＿ｙ丨＿?．５?，?？?丨丨丨丨丨丨丨??．＾９Ｂ?■?￣?－?｜Ｓ＜??Ｉ；?Ｊ??Ｈｌｆ‘?鬌?？?？?？?？■??■：｜ｌ?疆最通‘?ｉ?＊＂．ｌ??■?？＇?二、｜??Ｉ??ｂＭＨＢＨＢＲｉＨＨＢＨＨＵＩＩＨＨＩＨＢＨＨＨＨＨｉ??图１．２吸收器实物图：（ａ）哈氏合金板（ｂ）由开口面积为５１％的不锈钢板固定的膜（ｃ）组装之??后的吸收器［２１］??Ｆｉｇ．?１．２?Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ａｂｓｏｒｂｅｒ：（ａ）?Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ?ｐｌａｔｅ?（ｂ）?ｍｅｍｂｒａｎｅ?ｆｉｘｅｄ?ｂｙ?ｓｔａｉｎｌｅｓｓ?ｓｔｅｅｌ?ｐｌａｔｅ??ｗｉｔｈ?ｏｐｅｎｉｎｇ?ａｒｅａ?ｏｆ?５１％，ａｎｄ?（ｃ）?ａｂｓｏｒｂｅｒ?ａｓｓｅｍｂｌｙ［２１］??Ｉｓｆａｈａｎｉ等人％搭建了完整的吸收式制冷系统试验平台，实验中使用的膜具有８０％??的孔隙率和１叩１的标称孔径，采用控制变量法研究了水蒸气压、溶液微通道高度、溶??液流速、冷却水入口温度以及溶液入口温度对吸收率的影响。他们发现增加水蒸气压力??和溶液流速会使吸收率增加，而溶液通道高度和吸收率负相关：溶液通道高度越小吸收??率越高。因此，他们认为Ａｌｉ等人的研究中获得的低吸收率可能是由于溶液通道比较??高，导致溶液膜较厚从而阻碍吸收过程。此外，他们指出疏水膜式吸收器的吸收率约是??传统降膜吸收器的２．５倍，具有很好的发展前景。随后他们进行了膜渗透性的实验，??该实验装置整体结构包括三部分：上腔室，下腔室和观察镜。膜在上腔室和下腔室之间，??测试的流体
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???直都是科研工作者需要解决的问题。在疏水膜式板框吸收器中，由于溶液的低速度，其??在微通道内的流动为层流，水蒸气主要是以扩散的形式进入到溴化锂溶液中，由于该扩??散速度较低，在溶液－膜界面形成的浓度和温度边界层会阻碍吸收过程，事实就是只有??界面附近的溴化锂溶液参与了吸收过程，而大部分的本体溶液的浓度并没有降低。为了??进一步的提高吸收率，Ｂｉｇｈａｍ等人将微结构引入了溶液微通道的壁面，这种微结构??如图１．３所示。为了分析带有微结构的传质机理以及这种微结构对吸收率的影响，Ｂｉｇｈａｍ??等人口３】基于格子玻尔兹曼方法（Ｌａｔｔｉｃｅ?Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ?Ｍｅｔｈｏｄ，?ＬＢＭ）建立了带有微结构的??疏水膜式吸收器的数值模型。根据Ｂｉｇｈａｍ等人的模拟结果，溶液在设有连续的人字形??脊之间流动，这种人字形脊可使溶液受到冲击力，使溶液在流动的过程中发生混合，这??样通道底部的溶液就会持续补充到溶液－膜界面进行吸收过程，通道中的本体溶液会得??到更加充分的稀释。此外，膜－溶液界面的高温溶液与低温本体溶液的混合也会加强整??体溶液的热量传递。虽然带有壁面微结构的疏水膜式吸收器吸收率在溶液入口附近也会??快速降低，但是其降低的速度明显低于相同情况下的无壁面微结构的吸收率，由于人字??形微结构的存在，吸收率会产生降低、升高再降低的趋势，这保证了吸收率不会一直降??低。根据他们的结论，壁面微结构的存在使平均吸收率由原来的〇．〇〇１６ｋｇ／ｍ２．Ｓ增加到了??０．００４ｋｇ／ｍ２．ｓ，吸收率的升高伴随着界面温度的升高，为了减小膜－溶液界面温度和冷却??壁附近溶液温度的差异，Ｂｉｇｈａｍ等人在
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