206 吸收式热泵水平降膜吸收研究

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1、吸收式热泵水平降膜吸收研究清华大学孙健付林张世钢摘要本文建立了水平降膜吸收器内的水蒸气吸收单管模型。采用Nusselt溶液方程计算了液膜厚度和速度，利用质量平衡和能量平衡关系构建了传热和传质方程，并根据热质耦合的关系将传热方程与传质方程联系起来，最终建立了溴化锂水溶液水平降膜的稳态吸收数学模型。为了验证该模型的正确性，我们搭建了目前国内最大的吸收式换热系统性能实验台，该实验台采用模块化的设计理念，可用于测量新结构的传热和传质系数等用途。经过对比理论计算结果和实验结果发现两者传热系数与传质系数的误差在6%以内。此模型的建立将为指导机组设计和理论研

2、究提供了重要的依据。关键字热能工程；吸收；溴化锂；模型；传热；基金项目：1、国家科技支撑计划：电厂循环水余热资源利用技术及装备研究与示范(No:2007BAB23B01).NationScienceandTechnologySupportPlanofPeoplesRepublicofChina(No:2007BAB23B01).2、北京市科技计划：利用电厂循环水余热的供热技术研究与应用示范(No:D07040600560701)TheKeyProjectsoftheBeijingMunicipalScienceandTechnologyPlan

3、(No:D07040600560701)通讯作者：孙健，清华大学建筑技术科学系博士研究生。E-mail:s-j07@mails.tsinghua.edu.cnStudyontheabsorptionmodelinhorizontalfallingfilmabsorptionheatpumpSunJianFuLinZhangShigangAbstractAnabsorptionmodelwasestablishedforthehorizontalfallingfilmabsorber.TheNusseltsolutionforfilmthickn

4、essandvelocitydistributionwasapplied,andthemassandenergyconservationwereusedtobuildtheheatandmasstransferequations.Besides,heatandmasstransferequationswerejoinedbyreciprocityofeachother.Acompleteabsorptionmodelwasgiven.Inordertojustifythismodel,thelargestabsorptionsystemperf

5、ormanceexperimentbenchinChinawasbuilt.Theresultswerecomparedtoexperimentalvaluesandshowedfairagreementwithanaverageabsolutedeviationof6%.Thismodelwillplayanimportantroleinabsorptionsystemdesignandrelativeresearch.Keyworsthermalengineering;absorption;lithiumbromide;model;heat

6、transfer;1前言常见的用于空调系统的吸收式制冷机大都采用溴化锂和水做为工质。溴化锂水溶液在吸收器内吸收水蒸气后放出热量被冷却介质带走。目前国内的吸收式制冷机以水平降膜为主.吸收器由水平管束构成，溴化锂溶液从吸收器顶部喷淋而下，在管外流动的同时吸收水蒸汽。溴化锂溶液液膜的流动主要受到重力和水蒸气流动的影响。如图1所示，对于溴化锂溶液而言，由于里维斯数Le=a/D约等于100，因此可以认为液膜内温度场的建立的速度要明显高于浓度场的建立速度。由于水蒸气吸收的汽化潜热要远大于液膜的显热，如果忽略显热的变化，液膜内的温度场将呈线性分布。图1水平单

7、管液膜流动示意图由于溴化锂水溶液液膜流动中吸收水蒸气的过程流动形式复杂、热质耦合等原因，液膜流动方程很难用单一方程来描述。尽管第一台吸收式制冷机由JohnLeslie在1810年研制成功，而且国内外的研究者近几十年也提出了不少方程，但是在Killion[1]的降膜吸收相关数值模拟方程的综述文章中提出的方程都非常复杂和难以指导实际应用。我们认为降膜吸收模型之所以如此复杂主要是因为流动模型和热质耦合模型的简化。因此研究一种相对简易和准确的降膜吸收模型是十分必要的。2模型建立2.1传热模型的建立如果固定液膜的传热系数、液膜厚度和蒸汽流速，液膜速度在液

8、膜内沿管径方向就呈线性分布。在此忽略液膜表面的不稳定因素对传热传质的影响。由于吸收过程释放的汽化潜热远远大于液膜内的显热，在此也忽略了显热的影响；汽液