论文部分内容阅读
近年来,随着能源与环境问题的日益突出,扩散吸收式制冷技术作为一种基于三元工质的热驱动制冷方式受到了越来越多的关注,尤其是与太阳能结合的扩散吸收式制冷系统。然而,目前商业化的扩散吸收式制冷系统几乎全部采用的是单提升管局部加热型气泡泵发生器,存在性能系数低,单机制冷量偏小等缺点。此外,常规的扩散吸收式制冷系统以NH3/H2O溶液为工质对驱动热源温度要求高,难以与太阳能低温热转换设备高效结合,且NH3/H2O溶液自身物理化学性质带来的一系列问题,在一定程度上也制约了太阳能扩散吸收式制冷系统的推广应用。 为了提高太阳能扩散吸收式制冷系统的性能,实现构建适用于建筑空气调节的kW级太阳能扩散吸收式制冷系统,本文提出了一种多提升管全管程加热气泡泵发生器,以提高系统的工质循环流量,并以TFE(三氟乙醇)/E181(四甘醇二甲醚)溶液为替代工质,降低系统驱动热源温度。在此基础上,针对太阳能扩散吸收式制冷系统运行工况,对全管程加热气泡泵发生器开展理论与实验研究。主要研究内容和结果包括以下几个方面: 1、建立了全管程加热气泡泵发生器数学模型,对气泡泵发生器内部的流动传热特性及其性能影响因素进行数值模拟分析。研究表明,沿高度方向,气泡泵发生器管内流动与传热以核态沸腾起始点为分界具有明显的阶段性特征。在实际制冷工况下,整个气泡泵发生器高度范围内,管内流动以环状流为主,两相强制对流换热是气泡泵发生器的主要传热方式;气泡泵发生器性能受运行参数与结构设计参数的影响很大,在一定工况范围内,存在最佳的热水温度、热水流量、TFE/E181溶液浓度以及提升管管径,此外,气泡泵发生器壳程采用窄缝流道有助于提高工质循环流量。 2、根据数值模拟计算结果,设计、试制了一台多提升管全管程加热气泡泵发生器,并研制了基于扩散吸收式制冷系统整体平台的气泡泵发生器实验装置,为太阳能扩散吸收式制冷系统气泡泵发生器工作特性的研究提供了实验平台。在热水温度80~120℃,热水流量300~900 L/h,溶液初始浓度23%~35%以及浸没比0.3~0.5的工况下,以TFE/E181溶液为工质,开展实验研究,证实了多提升管全管程加热气泡泵发生器用于扩散吸收式制冷系统的可行性。 3、通过对不同热水温度、热水流量以及溶液浓度和浸没比等条件下多提升管全管程加热气泡泵发生器性能的实验研究,获得了气泡泵发生器的性能随操作参数的变化规律。在实验工况范围内,气泡泵发生器出口的液相与气相流量分别介于9.18~21.36 g/s和1.58~8.04 g/s之间,输送比与效率分别介于5.07×10-4~48.98×10-4和2.04×10-3~5.95×10-3 kg/kJ之间。实验研究表明,以TFE/E181溶液为工质,采用全管程气泡泵发生器能够有效地降低扩散吸收式制冷系统的发生温度,同时还发现,提高TFE/E181溶液初始浓度以及浸没比可以有效地改善气泡泵发生器的启动特性。此外,利用遗传算法对TFE/E181溶液管内流动沸腾传热系数实验数据进行了拟合回归,得到了管内流动沸腾传热系数计算关联式,为气泡泵发生器的设计提供实验依据。