叉排管束與m-W引流絲網交替熱質傳遞結構吸收性能研究.pdf

1、吸收式制冷不僅能夠利用太陽能和工業(yè)余熱等各種低品位熱源，還滿足低碳環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展要求。在吸收式空調制冷領域，當制冷溫度不低于0℃時，溴化鋰吸收式制冷方式因其熱力系數高而成為首選。在溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中，吸收器是最核心的部件，其傳熱傳質特性對整機特性影響重大。因此深入研究強化溴化鋰降膜吸收式制冷系統(tǒng)的吸收器結構及其內部傳熱傳質機理，不僅具有重要的學術價值而且還有廣闊的應用前景。論文圍繞一種基于交替熱質耦合的叉排管束與“M-W型”引流絲

2、網交替的新型吸收芯體結構復合強化吸收方案，分別從理論建模、CFD模擬、試驗臺搭建及調試、實驗數據與模擬結果比較分析等方面開展相關研究。
　　所謂叉排管束與“M-W”引流絲網方案是指在叉排水平管束中插入波高與管束豎直方向管間距相同，波紋節(jié)距與管束水平方向中心距相同的縱向不銹鋼引流絲網，形成交替吸收芯體結構，使溴化鋰溶液交替地在水平管表面上實現(xiàn)傳熱傳質耦合吸收過程，然后再在絲網層內實現(xiàn)絕熱傳質吸收過程。因此該方案是一種結合內冷吸收與絕

3、熱吸收交替進行的復合強化方案。絲網填料不僅具有良好的混合作用，溶液還能在其表面形成極薄的雙面液膜。
　　理論建模方面，將整個吸收器劃分為管表面降膜吸收區(qū)、絲網填料層內絕熱吸收區(qū)和管內冷卻水流動區(qū)以及在單列水平管束方案中管子之間自由下落的液滴或液柱流動區(qū)并分別建立模型，在各局部模型基礎上建立整個吸收器總的傳熱傳質模型，采用MATLAB軟件編寫程序對模型進行求解。首先采用當前模型計算得到的單管外液膜內和單列水平管束內的溫度和濃度分布與

4、Kyung等的模擬結果相互吻合，驗證了本文模型的可靠性;然后通過研究單根水平圓管表面液膜、絲網填料層內液膜和單列水平管束與絲網填料層交替結構內以及單列水平管束局部傳熱傳質規(guī)律，分析研究了不同管徑和管間距對吸收器性能的影響。結果表明孔隙率為0.9時，絲網填料層吸收水蒸汽效果最佳;單列水平管束與引流絲網層交替結構的傳熱傳質性能優(yōu)于不添加絲網的單列水平管束結構。
　　CFD模擬方面，用GAMBIT軟件分別對單根水平圓管、單層絲網、水平管

5、束吸收器、水平管束與引流絲網層交替吸收器建立三維幾何模型，用FLUENT軟件的VOF方法對其分別進行CFD求解計算。水平管外液膜為層流狀態(tài)時，CFD模擬得到的液膜速度、溫度和濃度與文獻相吻合，說明VOF模型研究水平管外降膜吸收是可行的。CFD模擬顯示液膜在絲網網孔中心形成凹透狀的雙面液膜，濃度分布云圖與溫度云圖呈相似趨勢，液膜內外溫度差和濃度差分別接近2℃和1％。對“M-W型”絲網和未添加絲網的兩種吸收器分別進行CFD模擬，結果表明“M

6、-W型”絲網結構提高了管表面潤濕面積，充分利用管的冷卻能力，吸收器內溶液溫度呈波動變化，濃度逐漸降低，管表面局部換熱系數高于無絲網吸收器，“M-W型”引流絲網能顯著提高吸收器的傳熱傳質效率。
　　實驗研究方面，參與設計并搭建了一套集降膜吸收、參數控制、數據測量和采集為一體的單壓力吸收和解吸的閉式實驗系統(tǒng)。依托該實驗系統(tǒng)分別考察不同參數條件對整個吸收器傳熱傳質性能的影響，實驗結果分別與數值模型以及CFD模型計算結果進行比較分析。吸收

7、器內平均的傳熱傳質系數隨著噴淋密度、噴淋濃度、吸收壓力和冷卻水質量流率增大而增大，隨著噴淋溫度和冷卻水入口溫度的降低而減小;質量流分配比ε越大，傳熱傳質系數越大，實驗值介于ε為0.6和0.8之間，說明實驗中存在30％左右溶液旁落現(xiàn)象;冷卻水質量流率超過12kg/min，其對傳熱傳質的影響越來越小，實際運行中，冷卻水流量建議選擇12kg/min。相同的工況條件下，與水平管束無絲網吸收器相比，叉排管束與“M-W型”引流絲網交替吸收器的傳熱傳