平膜蓄能器溶晶过程传热传质特性的研究

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太阳能吸收式制冷技术可以有效降低夏季建筑能耗,但是太阳能作为一种不稳定热源,其间断性无法满足连续性供热需求,而溶液浓度差蓄能技术可以有效解决这一问题。溶液浓度差蓄能技术,是通过改变工作溶液的浓度实现蓄能。在溴化锂吸收式蓄能系统中,允许溶液结晶会大大提高系统蓄能密度,但是溶液结晶后,放能速率大大降低。为了解决溴化锂溶液浓度差储能器中溶晶困难的问题,设计了可以实现快速溶晶的平膜构架蓄能器,用半透膜将水蒸气通道和溴化锂溶液通道间隔开,水蒸气在膜两侧蒸汽压差的作用下,从水蒸气流渗透进入溴化锂溶液被吸收,实现快速溶晶。储能器内部传热传质性能会直接影响储能器的放能速度,因此,搭建了测试膜储能器内部传热传质性能的实验台。实验研究了溴化锂溶液初始质量分数、初始温度、蒸发温度、水蒸气流通截面积等参数对溶晶过程传热传质性能的影响。实验研究发现,提高溴化锂溶液初始质量分数、初始温度、蒸发温度以及水蒸气流通截面积,均实现了传质速率的提高,加快了溴化锂溶液的溶晶过程。建立平膜构架蓄能器的二维数学模型,在fluent软件中数值模拟平膜蓄能器放能过程,研究其传热传质特性,并将仿真模拟得到的计算结果与实验值相比较,实验结果验证了仿真模拟模型的正确性。根据仿真计算结果,分析了溶液初始质量分数、蒸发温度、溶液初始温度对平膜蓄能器传热传质性能的影响。通过仿真模拟和实验的方法证实了平膜构架蓄能器的可行性。实验结果表明,所设计的平膜蓄能器可以在60min内使初始质量分数为65%的溴化锂溶液实现溶晶,但是溴化锂溶液初始质量分数为70%时,仍然无法实现完全溶晶。说明平膜构架蓄能器传热传质性能还有提高的空间,在未来的研究中可以尝试降低平膜的蒸汽扩散阻力,或者通过在溶液中添加石墨烯等材料强化溶液的传热传质性能。
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