小型高效太陽能吸收式制冷系統(tǒng)渦旋發(fā)生器特性研究

【摘要】： 吸收式制冷技術(shù)作為一種以熱能為驅(qū)動力、對臭氧層無破壞作用的制冷方式,近年來越來越受到工業(yè)界及相關(guān)科研工作者的重視。太陽能吸收式制冷因為可有效地利用低品位熱源和可再生能源,成為了近年來吸收式制冷技術(shù)研究的重點。但由于受熱源溫度的限制,太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的制冷系數(shù)不能得到有效提高,從而得到廣泛應(yīng)用。為了提高太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的性能,本文從溴化鋰溶液的特性著手,根據(jù)旋流理論在國內(nèi)首次提出了利用流體的旋轉(zhuǎn)運動,降低吸收式制冷系統(tǒng)發(fā)生器內(nèi)溴化鋰溶液的蒸發(fā)壓力,從而降低溶液的蒸發(fā)溫度,在不增加外界熱源的情況下,增加用于制冷循環(huán)的冷凝蒸氣量,提高吸收式制冷系統(tǒng)制冷效率的方法。根據(jù)旋流理論提出了一種新型的用于吸收式制冷循環(huán)的雙室渦旋發(fā)生器。 吸收式制冷循環(huán)是利用相變過程伴隨的吸、放熱來獲取低溫,以消耗熱能為動力的制冷方式。吸收式制冷循環(huán)中工質(zhì)的化學和熱物理性質(zhì)對系統(tǒng)性能起著關(guān)鍵性作用。為了更好地研究溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng),提高系統(tǒng)的性能,建立了溴化鋰溶液和水蒸氣隨壓力、溫度和濃度的熱物性參數(shù)方程。同時分析了采用本文所提出的雙室渦旋發(fā)生器的小型太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的熱質(zhì)平衡特性。 為了得到最優(yōu)的雙室渦旋發(fā)生器結(jié)構(gòu),提高太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的效率,建立了一種具有切向入口的渦旋發(fā)生器結(jié)構(gòu),使流體通過切向入口進入到發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。采用流體動力學軟件FLUENT模擬了不同結(jié)構(gòu)的渦旋發(fā)生器內(nèi)流體的流動及傳熱特性。模擬結(jié)果表明:流體通過切向入口進入到渦旋發(fā)生器后,產(chǎn)生了強烈的旋轉(zhuǎn)運動,形成了以中部為核心的Rankin組合渦。在發(fā)生器內(nèi),流體的壓力呈拋物線分布規(guī)侓，在中心處，壓力最小魈逶詵⑸髂詰難沽?，?著流體入口速度的增大而減小;隨著入口噴嘴尺寸減小,發(fā)生器內(nèi)的壓力減小,從而有效地降低了發(fā)生器內(nèi)溴化鋰溶液的蒸發(fā)溫度,形成有利于溴化鋰溶液蒸發(fā)的環(huán)境。通過數(shù)值模擬可知:利用流體的旋轉(zhuǎn)運動,可有效地降低渦旋發(fā)生器內(nèi)的蒸發(fā)壓力,從而降低進入到發(fā)生器中溴化鋰溶液的蒸發(fā)溫度,提高熱源的可利用溫差。在不改變外界熱源質(zhì)量與數(shù)量的前提下,達到增加用于制冷循環(huán)的冷凝蒸氣量,提高系統(tǒng)制冷系數(shù)的目的。 根據(jù)數(shù)值模擬計算結(jié)果設(shè)計了一種由圓錐體和圓柱體組成的雙室渦旋發(fā)生器。雙室渦旋發(fā)生器的錐角為20°,流體的入口采用與圓柱體相切的三段式漸縮噴嘴保證流體切向進入到發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生旋流運動。雙室渦旋發(fā)生器由高壓發(fā)生室和低壓發(fā)生室組成。低壓發(fā)生室利用流體的旋轉(zhuǎn)運動降低溴化鋰溶液的蒸發(fā)壓力,高壓發(fā)生室用來對產(chǎn)生的冷凝蒸氣進行壓力恢復。介紹了采用雙室渦旋發(fā)生器的吸收式制冷系統(tǒng)實驗裝置的循環(huán)流程以及實驗裝置中各設(shè)備的選型及參數(shù),為小型太陽能吸收式制冷系統(tǒng)雙室渦旋發(fā)生器流體特性的研究提供實驗平臺。 通過實驗研究了雙室渦旋發(fā)生器內(nèi)流體的流動及傳熱特性。實驗研究結(jié)果表明:流體在雙室渦旋發(fā)生器中產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)運動,有效地降低發(fā)生器中部的發(fā)生壓力,提高了溶液的可利用溫差,產(chǎn)生更多用于制冷循環(huán)的冷凝蒸氣量。采用雙室渦旋發(fā)生器的吸收式制冷系統(tǒng),其COP隨著入口溫度的增加而增大。當溶液入口溫度達到90℃時,其COP值達到0.83,比傳統(tǒng)吸收式制冷系統(tǒng)的COP值高22%。采用雙室渦旋發(fā)生器的吸收式制冷系統(tǒng)由于可以在低溫情況下實現(xiàn)高效制冷,因此可以有效地利用太陽能、廢熱、地熱等低品位熱源,解決能源利用以及單效吸收式制冷系統(tǒng)由于熱源溫度低,系統(tǒng)性能較低的問題。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 吸收式制冷 雙室渦旋發(fā)生器 制冷效率
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TK511.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 吸收式制冷研究現(xiàn)狀13-20
• 1.2.1 吸收式制冷循環(huán)流程14-17
• 1.2.2 我國發(fā)展太陽能空調(diào)的有利條件17-20
• 1.3 太陽能吸收式制冷文獻綜述20-29
• 1.3.1 太陽能吸收式制冷循環(huán)系統(tǒng)20
• 1.3.2 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)國內(nèi)外研究進展20-29
• 1.4 本論文的研究目的及研究內(nèi)容29-32
• 第2章 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)循環(huán)特性分析32-46
• 2.1 溴化鋰溶液與水的熱物性計算32-39
• 2.1.1 溴化鋰水溶液特性32-33
• 2.1.2 溴化鋰溶液的狀態(tài)方程33-37
• 2.1.3 水和水蒸汽的狀態(tài)方程37-39
• 2.2 小型太陽能吸收式制冷系統(tǒng)循環(huán)特性分析39-44
• 2.2.1 熱力學模型40-43
• 2.2.2 小型太陽能吸收式制冷系統(tǒng)的熱量及質(zhì)量平衡43-44
• 2.3 本章小結(jié)44-46
• 第3章 吸收式制冷系統(tǒng)渦旋發(fā)生器數(shù)值模擬計算46-76
• 3.1 引言46
• 3.2 渦旋發(fā)生器內(nèi)速度與壓力的理論模型46-48
• 3.3 渦旋發(fā)生器物理模型及數(shù)值計算方法48-54
• 3.3.1 渦旋發(fā)生器物理模型49-51
• 3.3.2 網(wǎng)格的劃分51
• 3.3.3 邊界條件的設(shè)置51-52
• 3.3.4 確定計算模型52-53
• 3.3.5 設(shè)定流體的材料屬性53-54
• 3.3.6 控制參數(shù)的設(shè)定54
• 3.4 模型的驗證54-62
• 3.4.1 發(fā)生器內(nèi)流體速度分布54-58
• 3.4.2 壓力分布58-61
• 3.4.3 氣液分布61-62
• 3.5 α= 20 發(fā)生器內(nèi)不同噴嘴尺寸和流速下流體流動特性分析62-70
• 3.5.1 參數(shù)的設(shè)定62-63
• 3.5.2 發(fā)生器內(nèi)壓力特性分布63-66
• 3.5.3 在z=0，y=0.3m處（溴化鋰溶液區(qū)域內(nèi)）沿z方向的溫度分布66-69
• 3.5.4 發(fā)生器中溴化鋰/水蒸汽的氣液分界面69-70
• 3.6 不同錐度的渦旋發(fā)生器內(nèi)流體流動特性70-74
• 3.6.1 壓力分布71
• 3.6.2 蒸發(fā)溫度71-74
• 3.7 本章小結(jié)74-76
• 第4章 小型太陽能吸收式制冷系統(tǒng)實驗臺的研制76-104
• 4.1 雙室渦旋發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計76-82
• 4.1.1 雙室渦旋發(fā)生器整體結(jié)構(gòu)圖77-80
• 4.1.2 噴嘴設(shè)計結(jié)構(gòu)圖80-81
• 4.1.3 各連接件的設(shè)計81-82
• 4.2 太陽能吸收式制冷系統(tǒng)實驗裝置82-88
• 4.2.1 吸收式制冷系統(tǒng)主流程圖82-83
• 4.2.2 循環(huán)流程的溶液回路83-86
• 4.2.3 循環(huán)流程的冷劑回路86
• 4.2.4 冷卻水回路86-87
• 4.2.5 熱水回路87-88
• 4.3 實驗設(shè)備參數(shù)及性能88-94
• 4.3.1 雙室渦旋發(fā)生器89
• 4.3.2 冷凝器89-90
• 4.3.3 溶液熱交換器90
• 4.3.4 MCN型磁力驅(qū)動齒輪溶液泵90-92
• 4.3.5 混合器92-93
• 4.3.6 加熱器93
• 4.3.7 真空泵和真空隔膜閥93-94
• 4.4 實驗測量裝置及性能94-98
• 4.4.1 壓力測量94-95
• 4.4.2 溫度測量95
• 4.4.3 DIGMESA體積流量計95-97
• 4.4.4 渦輪流量計97-98
• 4.4.5 管路連接98
• 4.4.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)98
• 4.5 實驗方法及實驗操作98-102
• 4.5.1 機組氣密性的檢查99-100
• 4.5.2 溴化鋰溶液的充注100-101
• 4.5.3 機組的試運轉(zhuǎn)101-102
• 4.5.4 實驗運行步驟102
• 4.6 本章小結(jié)102-104
• 第5章 吸收式制冷系統(tǒng)雙室渦旋發(fā)生器實驗研究104-124
• 5.1 實驗方案104
• 5.2 實驗數(shù)據(jù)整理104-106
• 5.2.1 工質(zhì)流速105
• 5.2.2 焓值105-106
• 5.2.3 制冷效率（COP）106
• 5.3 實驗數(shù)據(jù)不確定度分析106-107
• 5.3.1 溫度的不確定度106
• 5.3.2 流量的不確定度106-107
• 5.3.3 壓力的不確定度107
• 5.3.4 焓值的不確定度107
• 5.3.5 制冷效率的不確定度107
• 5.4 數(shù)據(jù)分析及結(jié)果討論107-122
• 5.4.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析108-110
• 5.4.2 雙室渦旋發(fā)生器性能分析110-116
• 5.4.3 吸收式制冷系統(tǒng)性能分析116-120
• 5.4.4 系統(tǒng)火用分析120-122
• 5.5 本章小節(jié)122-124
• 第6章 結(jié)論與展望124-128
• 6.1 本文的研究結(jié)論124-125
• 6.2 本文的創(chuàng)新點125-126
• 6.3 對未來工作的展望126-128
• 參考文獻128-134
• 附錄1 熱電偶標定曲線134-136
• 攻讀博士學位期間所發(fā)表的學術(shù)論文136-137
• 致謝137

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