吸收式热泵中吸收器传热传质与匹配特性研究

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吸收式热泵在各类余热回收集中供热系统中被广泛应用。在这些应用中,其外部参数特点是四个器大多采用大温升/降的循环水作为冷热源,会使得不匹配问题变得严重,影响机组热力学性能。吸收器是吸收式热泵的关键部件,本文研究其传热传质特性,分析不匹配对吸收器热力学性能造成的影响,并解决不匹配的问题。已有研究主要在于微观的传热传质机理,更缺乏适合的热学分析方法。本文基于温度品位和火积耗散的思想,对应用于吸收式热泵的吸收器功能和传热传质过程进行了重新认识和分析,提出用冷却水整体温度作为吸收器的热力学评价指标,定义吸收器上限温度,明确热力学优化吸收器的目标就是使冷却水温尽量接近于上限温度,具体途径就是减小传热和传质过程的火积耗散和热阻。热阻分为传热能力有限热阻和不匹配热阻,不匹配又包括流量、参数、流型、吸收形式几方面,因此需要在这几个方面进行优化。从形式和流型来看,绝热型吸收器和顺流内冷吸收器热力学性能较差,而逆流内冷型吸收器可以通过调节参数降低不匹配程度。通过模型计算对一维逆流吸收器三股流匹配特性进行了分析,定义了一维三股流传热传质的入口参数匹配和流量匹配的概念,研究了各因素对于匹配特性的影响,分析传热传质过程匹配的相似性。进一步推导出三股流传热传质模型的解析解,并得到理论上分别满足参数匹配和流量匹配需要的条件。定义吸收过程上限温度和假想流体,将溶液和水蒸气之间的吸收传质过程等效为溶液和假想流体之间的传热过程,将吸收器三股流传热传质过程转化为更清晰的三股流体的传热过程。在此基础上,通过分析火积耗散的方法,计算了两个过程传热热阻,分别定义流量和参数不匹配热阻,并定量分析各不匹配参数对于热阻和热力学性能的影响。在大型真空吸收式传热传质实验台对水平盘管降膜吸收器和新提出的绝热液柱喷淋吸收器进行了传热传质实验,通过实验结果分析了两种吸收形式流程参数的区别,定义并计算传热传质系数,分别得到传热传质准则数拟合式。将一维逆流吸收器推广到实际二维盘管的情况,建立二维吸收器模型,分析了由于结构流程导致的微元尺度和整体尺度的不匹配现象,通过热阻计算表明管程数越大,热力学性能越好,越接近于逆流,定义流型不匹配热阻。对于实际设计吸收器,可以通过热阻和传热量来定量计算管程数对性能的影响,并尽量使不匹配热阻较小,优化热力学性能。
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