高温吸收式热泵热质传递强化与系统热力分析

【摘要】：随着能源供应的日益紧张,如何提高能源的利用率以降低工业生产的成本和减少对环境的污染已成为一个越来越重要的课题。第二类吸收式热泵作为一种可以回收工业余热,吸收低温热源并将其升温重新利用的装置,在提高能源利用率方面发挥越来越大的作用,也越来越受到人们的关注。在第二类吸收式热泵中,吸收器是关键部件,而其内部的换热管又是吸收器的核心。换热管的性能直接决定了吸收器乃至整个系统的效率与性能。降膜吸收由于其效率高、易操作、结构简单等优势,成为吸收器换热管的主要设计方式,所以各国学者都在积极的研究提高溴化锂降膜效率的方式,如今最主流的方法还是改进换热管的性能。 本文在铜管表面喷涂PTFE疏水膜,对铜管表面的亲疏水性能进行局部改变,使降液膜以一定频率在亲疏水交界面产生积液环,促进液膜外表面的波动,加强外表面的扰动,进而增强换热管的传热和传质性能。 本文制作了三种不同规格的疏水涂层管,利用数码相机和高速摄像机对降液膜在螺旋涂层管的状态进行观察,并测定了各管的最小喷淋密度,发现螺旋涂层管降膜表面在小喷淋密度小有很明显的积液环和波动,最小喷淋密度值也符合理论计算规律。在超过最小喷淋密度的状态下,利用电容测微仪对液膜厚度和波动状态进行了测量,发现疏水涂层在液膜较薄的时候对液膜表面波动有较大的加强,喷淋密度加大,效果减弱。测定液膜厚度时,发现疏水涂层面积较大的管液膜较薄,推测出这类管液膜流速较快。 为了进一步考察螺旋疏水涂层管的传热传质特性,本文设计并搭建了一套降膜传热实验台,比较光滑铜管和涂层强化后的铜质换热管的换热性能。经过实验研究,证明了在高温下,螺旋型疏水涂层管的降膜传热系数要大于光滑铜管,其结论也表明,由疏水涂层产生的液膜波动效果确实加强了降液膜的掺混。 最后,本文依据热力学定律分析了高温吸收式热变换器的数学模型,研究了系统COP, ECOP,(火用)损失与系统操作温度,溶液热交换器效率,循环倍率,GTL之间的关系。得到结果是：COP和ECOP随着蒸发器和再生器的温度升高而升高,随着冷凝器和吸收器温度的温度升高而降低；当系统GTL大于42℃时,系统的效率将降低较快。