摇摆对船用降膜吸收器降膜吸收特性影响研究

发布时间：2017-12-20 21:26

  本文关键词：摇摆对船用降膜吸收器降膜吸收特性影响研究　出处：《大连海事大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：吸收式制冷是一种有效回收和利用余热、废热等低品位热能的重要技术。而在船舶上,特别是在船用柴油机中存在大量的余热有待利用。但船舶行驶时的摇摆运动会对吸收式制冷系统产生影响。目前关于摇摆对降膜吸收影响方面的研究还很匮乏。因此深入研究摇摆状态对降膜吸收传热传质影响的机理,不仅具有十分重要的学术研究价值,而且具有很强的实用价值以及很好的应用前景。本文通过对溴化锂溶液在降膜吸收过程中传热、传质特性的分析,建立了静止和摇摆状态下的垂直降膜吸收过程的数学模型。主要研究内容如下:以一艘排水量为600吨的客船的船舶柴油机的运行参数为基础,对利用船舶柴油机余热驱动吸收式制冷,以满足船舶空调负荷的可行性进行了研究。1)对该船的船舶柴油机进行了热力学分析。分析结果表明:船舶柴油机的排气热量占到了燃料燃烧所产生总热量的23.32%,排气(?)占到燃料产生总(?)量的29.55%。排气能量数量很大且品位较高,很适合用来驱动吸收式制冷空调。2为了探究排气热量是否能够满足该船空调负荷的要求,又对船舶的空调负荷的进行了计算。计算得到船舶总的冷负荷为54kW。因此若采用单效吸收式制冷,排气只需要降低24.2℃;若采用双效吸收式制冷,排气只需要降低14.5℃。采用单效或双效吸收式制冷技术,降低如此少的排气温度对排气系统的影响极小。从而验证了所提出的利用船舶柴油机余热驱动吸收式制冷,来满足船舶空调负荷方案的可行性。建立了静止(非摇摆)状态下的垂直降膜吸收模型。研究了静止状态下,液膜表面的波动情况,气-液界面浓度、温度分布以及液膜主体浓度、温度分布的变化情况。讨论了界面浓度和温度脉动对降膜吸收热质传递的影响。模拟结果表明:液膜表面波动有利于降膜吸收的进行,波动层流降膜吸收模型优于光滑降膜吸收模型。在静止模型的基础上,建立了摇摆条件下降膜吸收的物理、数学模型。研究了不同摇摆状态对吸收器内液膜的膜厚、速度、热通量、质量通量、出口浓度、出口温度等参数的影响。模拟结果显示:摇摆状态下液膜的沿壁面速度减小,液膜膜内径向速度增大,有利于降膜吸收的进行。轻微摇摆时降膜吸收效果较好,剧烈的摇摆时,降膜吸收的效果恶化。在摇摆条件下,液膜出口温度和出口浓度不再是定值,而是随着摇摆角度以及时间的变化而不断变化,变化是周期性的且变化周期等同摇摆周期。研究了摇摆状态下降膜流动的不稳定性,发现摇摆状态下降膜表面波可能出现的5个特征区域:单色波区,拟正弦波区,孤波区,合并波区以及脱落区。不同摇摆状态下,摇摆角度对于液膜表面波的波形变化具有很重要的影响。当摇摆角较大时,液膜表面波的发展会在相对较小的流程内完成流动区域的演变。摇摆状态下液膜流动不稳定性还会对液膜的浓度梯度产生较大影响。轻微摇摆时,液膜表面波区域主要为单色波区,拟正弦波区和孤波区。液膜的浓度梯度变大,促进了液膜的降膜吸收。而剧烈摇摆时,液膜表面波区域出现合并波区和脱落区,出现了液膜分离甚至脱离的情况,很大程度上恶化了降膜吸收,致使液膜的总体浓度梯度变小。摇摆状态下液膜雷诺数和舍伍德数也有所变化。相同摇摆幅度时,摇摆周期越小液膜雷诺数增长越快,说明液膜表面波动演变越快。雷诺数不大时,舍伍德数随雷诺数增大而增大。当雷诺数增大到一定程度,舍伍德数随着雷诺数的增大先增大而后减小。
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U664.5

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