搖擺對船用降膜吸收器降膜吸收特性影響研究.pdf

1、吸收式制冷是一種有效回收和利用余熱、廢熱等低品位熱能的重要技術(shù)。而在船舶上，特別是在船用柴油機(jī)中存在大量的余熱有待利用。但船舶行駛時(shí)的搖擺運(yùn)動(dòng)會(huì)對吸收式制冷系統(tǒng)產(chǎn)生影響。目前關(guān)于搖擺對降膜吸收影響方面的研究還很匱乏。因此深入研究搖擺狀態(tài)對降膜吸收傳熱傳質(zhì)影響的機(jī)理，不僅具有十分重要的學(xué)術(shù)研究價(jià)值，而且具有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值以及很好的應(yīng)用前景。
　　本文通過對溴化鋰溶液在降膜吸收過程中傳熱、傳質(zhì)特性的分析，建立了靜止和搖擺狀態(tài)下的垂直降

2、膜吸收過程的數(shù)學(xué)模型。主要研究內(nèi)容如下:
　　以一艘排水量為600噸的客船的船舶柴油機(jī)的運(yùn)行參數(shù)為基礎(chǔ)，對利用船舶柴油機(jī)余熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷，以滿足船舶空調(diào)負(fù)荷的可行性進(jìn)行了研究。1）對該船的船舶柴油機(jī)進(jìn)行了熱力學(xué)分析。分析結(jié)果表明:船舶柴油機(jī)的排氣熱量占到了燃料燃燒所產(chǎn)生總熱量的23.32％，排氣(炯)占到燃料產(chǎn)生總(炯)量的29.55％。排氣能量數(shù)量很大且品位較高，很適合用來驅(qū)動(dòng)吸收式制冷空調(diào)。2為了探究排氣熱量是否能夠滿足該船

3、空調(diào)負(fù)荷的要求，又對船舶的空調(diào)負(fù)荷的進(jìn)行了計(jì)算。計(jì)算得到船舶總的冷負(fù)荷為54kW。因此若采用單效吸收式制冷，排氣只需要降低24.2℃;若采用雙效吸收式制冷，排氣只需要降低14.5℃。采用單效或雙效吸收式制冷技術(shù)，降低如此少的排氣溫度對排氣系統(tǒng)的影響極小。從而驗(yàn)證了所提出的利用船舶柴油機(jī)余熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷，來滿足船舶空調(diào)負(fù)荷方案的可行性。
　　建立了靜止（非搖擺）狀態(tài)下的垂直降膜吸收模型。研究了靜止?fàn)顟B(tài)下，液膜表面的波動(dòng)情況，氣-液

4、界面濃度、溫度分布以及液膜主體濃度、溫度分布的變化情況。討論了界面濃度和溫度脈動(dòng)對降膜吸收熱質(zhì)傳遞的影響。模擬結(jié)果表明:液膜表面波動(dòng)有利于降膜吸收的進(jìn)行，波動(dòng)層流降膜吸收模型優(yōu)于光滑降膜吸收模型。
　　在靜止模型的基礎(chǔ)上，建立了搖擺條件下降膜吸收的物理、數(shù)學(xué)模型。研究了不同搖擺狀態(tài)對吸收器內(nèi)液膜的膜厚、速度、熱通量、質(zhì)量通量、出口濃度、出口溫度等參數(shù)的影響。模擬結(jié)果顯示:搖擺狀態(tài)下液膜的沿壁面速度減小，液膜膜內(nèi)徑向速度增大，有利于

5、降膜吸收的進(jìn)行。輕微搖擺時(shí)降膜吸收效果較好，劇烈的搖擺時(shí)，降膜吸收的效果惡化。在搖擺條件下，液膜出口溫度和出口濃度不再是定值，而是隨著搖擺角度以及時(shí)間的變化而不斷變化，變化是周期性的且變化周期等同搖擺周期。
　　研究了搖擺狀態(tài)下降膜流動(dòng)的不穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)搖擺狀態(tài)下降膜表面波可能出現(xiàn)的5個(gè)特征區(qū)域:單色波區(qū)，擬正弦波區(qū)，孤波區(qū)，合并波區(qū)以及脫落區(qū)。不同搖擺狀態(tài)下，搖擺角度對于液膜表面波的波形變化具有很重要的影響。當(dāng)搖擺角較大時(shí)，液膜表

6、面波的發(fā)展會(huì)在相對較小的流程內(nèi)完成流動(dòng)區(qū)域的演變。搖擺狀態(tài)下液膜流動(dòng)不穩(wěn)定性還會(huì)對液膜的濃度梯度產(chǎn)生較大影響。輕微搖擺時(shí)，液膜表面波區(qū)域主要為單色波區(qū)，擬正弦波區(qū)和孤波區(qū)。液膜的濃度梯度變大，促進(jìn)了液膜的降膜吸收。而劇烈搖擺時(shí)，液膜表面波區(qū)域出現(xiàn)合并波區(qū)和脫落區(qū)，出現(xiàn)了液膜分離甚至脫離的情況，很大程度上惡化了降膜吸收，致使液膜的總體濃度梯度變小。搖擺狀態(tài)下液膜雷諾數(shù)和舍伍德數(shù)也有所變化。相同搖擺幅度時(shí)，搖擺周期越小液膜雷諾數(shù)增長越快，說