中空纤维膜换热器在溴化锂制冷系统中应用的性能研究

来源 :天津商业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:windy_yuan
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溴化锂吸收式制冷机组以热为驱动力,可利用工业生产中的余热以及太阳能,以对环境无害的水为制冷剂,这些优点在使其在暖通空调领域有着广泛的应用前景。但单效溴化锂吸收式制冷系统的性能较低,且随着驱动热源的温度下降而下降,对此相关学者研究发现,将膜换热器替代溴化锂吸收式制冷机组的溶液换热器,可以降低驱动热源温度,提高系统COP及降低循环倍率。然而,溴化锂溶液在膜换热器中传热传质特性以及膜换热器对溴化锂吸收式制冷系统各设备热负荷和性能影响相关研究还比较少。因此,本文搭建了膜换热器性能测试试验台,分析了热侧入口溶液的温度、流量及浓度对传热特性和传质特性的影响,建立溴化锂系统热力学计算模型,分析了不同外界影响因素对溴化锂吸收式制冷系统性能的影响,并讨论了膜换热器替代溶液换热器所带来的差异。具体的研究结果如下:(1)分析了热侧溴化锂溶液入口温度对膜换热器传热传质性能的影响规律,热侧溴化锂溶温度由40°C增至45°C,膜换热器的传热温差增大,水蒸气的汽化潜热上升,对流传热和水蒸气传质过程均受到影响,对流传热量增幅7%,膜通量增幅为4%,而传质传热量受影响较大,增大了60%,跨膜传热系数增加52.8%,膜管内侧压降提升22.6%,壳程压降基本不变。(2)当热侧溴化锂溶液流量改变时,膜管内溶液流速发生改变,对流传热影响较大,热侧溴化锂溶流量由5.4m~3/h增至5.9m~3/h,对流传热量增幅12.5%,传质过程影响较小,膜通量增幅仅为1%,质传热量受影响很小,跨膜传热系数增加26.7%,膜管内侧压降提升17.9%,壳程压降也趋于稳定。(3)选择高浓度差的氯化钠溶液做工质时,膜两侧浓度差达到5%左右(溴化锂溶液浓度差1-2%),膜通量增幅24.6%,对流传热量降低19%,其随热侧入口温度和流量增加的变化规律与溴化锂溶液相似,通过膜换热器内传质机理的分析和实验对比发现,分子-努森扩散模型更符合膜换热器内的传质过程,该模型的经验公式与实验值的相对误差在4%以内。(4)随着驱动热源温度升高,蒸发器、冷凝器、发生器热负荷均增大,吸收器热负荷稳定,系统循环倍率降低,系统COP升髙,且COP的上升速率在不断减小;新型制冷系统与传统制冷系统相比,随着驱动热源温度升高,蒸发器、冷凝器和吸收器热负荷差值很小且稳定,发生器热负荷差值逐渐上升,新型制冷系统性能优于传统制冷系统,且COP的初始增长率与循环倍率的初始下降率更高。(5)随着冷却水入口温度升高,蒸发器、冷凝器、发生器与吸收器的热负荷均下降,系统COP降低,循环倍率升高,30°C后COP降幅增大;与传统制冷系统相比,新型制冷系统的蒸发器、冷凝器和吸收器热负荷差值同样很小且稳定,发生器热负荷差值逐渐下降,COP变化趋势相同。(6)随着冷冻水入口温度升高,蒸发器与吸收器热负荷上升,冷凝器热负荷基本不变,发生器热负荷下降,但降幅很小,COP呈稳定上升趋势,循环倍率呈稳定下降趋势;新型制冷系统与传统制冷系统相比,各设备热负荷与系统性变化规律一致,且差值稳定。
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