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摇摆状态下降膜吸收过程中动量、热量和质量传递规律研究

刘艳丽  
【摘要】: 近年来,由于近海鱼类资源的匮乏和捕鱼区域的限制,渔船不得不到更远的海域进行远洋捕捞,因此,渔船制冷已成为水产品冷冻保鲜之关键而倍受重视。为克服目前大多渔船配备的压缩式制冷机组不利于节能和环保的缺陷,本文提出将具有新型制冷工质对TFE/NMP(2,2,2-Trifiuoroethanol/N-Mehtyl-2-Pyrrolldone)吸收制冷系统用于渔船制冷,并为此着重对摇摆状态下系统核心部件—吸收器降膜吸收过程中液膜流动特性及动量、热量和质量耦合传递规律进行了大量的理论与试验研究。主要工作如下: 1.根据边界层理论,在静态降膜吸收研究的基础上,首次提出摇摆状态下TFE/NMP垂直管内降膜吸收过程物理和数学模型。该模型充分考虑了由摇摆振动引起的附加惯性力的作用,属非稳态三维波动层流问题。 2.提出膜内速度、温度和浓度分布的相似性假设;通过膜内积分将原始控制微分方程组化为积分方程组;采用二阶迎风全隐式有限容积法离散积分方程组;利用Gauss-Seidel点迭代方法进行数值求解;编制计算程序,用TechPlot软件对计算结果进行处理,从而得到速度、温度和浓度等相关参数的分布曲线。 3.计算结果表明,摇摆振动对TFE/NMP垂直管内降膜吸收性能影响很大。首先,降膜内相关参数分布具有周期性且周期等于摇摆振动周期;其次,摇摆附加惯性力使液膜沿吸收管周向和径向流速不为零,而且单位摇摆周期内各参数沿周向和管长方向分布比较规律;再次,当其他参数一定时,适当减小摇摆幅度和摇摆周期,液膜吸收能力将增强,这与理论定性分析相当吻合;最后,改变溶液入口参数及吸收压力,相应的吸收情况有所改变,其趋势与静止状态下的降膜吸收非常一致。 4.为验证理论模型的可靠性并进一步深入了解实际摇摆降膜吸收过程中热、质传递情况,自建了摇摆振动单管吸收试验台;分别对静止和摇摆状态下TFE/NMP垂直管内降膜吸收进行试验研究。 5.试验结果表明,当其他初始参数一定时,在渔船常见的摇摆振动条件下,降膜吸收器的热、质传递优于静态下的情形;摇摆振动频率和幅度直接影响降膜吸收性能,适当减小摇摆周期或摇摆幅度均有利于提高降膜吸收性能。试验结果与理论计算趋势十分吻合。 6.理论计算与试验结果均表明只要海上风浪不是很大,TFE/NMP吸收式制冷系统完全能够满足渔船制冷要求。该研究为船用吸收制冷系统的设计和实际应用提供了相应理论基础和依据。


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