109_溴化锂溶液添加表面活性剂的强化吸收微观分析

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1、溴化锂溶液添加表面活性剂的强化吸收微观分析清华大学孙健付林张世钢侯玮摘要溴化锂水溶液添加表面活性剂后能显著提高吸收水蒸气过程的传热与传质系数，国内外对此强化过程的研究从20世纪50年代就已经开始，但是迄今为止研究成果多以实验结果为主，尚未有普遍认可的机理理论。国内外的研究者普遍认同“马兰格尼对流”(marangoniconvection)的强化作用，但是缺乏对其合理的解释。以往的研究大都基于静态池实验，与实际吸收式制冷机内吸收器的动态吸收过程（如液膜的形成等）相去甚远。而且研究者大都把目光放在研究溴化锂水溶液与水蒸气的汽液界面的强化作用，而忽视了溴化锂水溶液

2、与铜管壁面的固液表面的强化过程。本文从微观的角度对汽液和固液两个强化界面进行了分析，解释了“马兰格尼对流”强化作用产生的原因，理论分析得到的结论也与诸多研究者的实验结果相吻合。关键词溴化锂；表面活性剂；强化机理；吸收；孙健，男，1985年1月生，清华大学建筑技术科学系博士研究生，邮箱：stu@188.com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:2007BAB2

3、3B01).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:D701)TheKeyProjectsoftheBeijingMunicipalScienceandTechnologyPlan(No:D701)StudyonmechanismofheatandmasstransferenhancementbyaddingadditivetolithiumbromideaqueoussolutionSunJian★FuLinZhangShigangHouWeiAbstractTheenhancementofheatandmasstransfe

4、rissignificantbyaddingaddictivetolithiumbromideaqueoussolution,wherethewatervaporisabsorbed.Mostofinterrelatedresearchesareexperimentalresultsfromthefifthdecadeoflastcentury.Marangoniconvectionwhichcanbeobservedinmanyexperimentshasneverbeensatisfactorilyexplained.Besides,staticabso

5、rptionisfardifferentfromdynamicone.Littlestudywasdoneontheenhancementbetweentheliquid-solidinterfacesbyaddingaddictivetoaqueouslithiumbromidesolution.Weexplainthemarangoniconvectionbythewayofanalyzingtwodifferentenhancementinterfacesfromthemicrocosmicpointofview.Conclutionswegotagr

6、eewithexperimentalresultspublished.Keywordslithiumbromide;addictive;mechanismofenhancement;absorption;1前言吸收式热泵由于能够利用工业废热和具有安全环保等方面的优势，已经成为了我国节能减排的一项重要技术。吸收式热泵大都采用溴化锂水溶液作为工质，吸收式热泵的COP(性能系数)的提高主要受到吸收器的制约，这是由于吸收器的传热与传质系数要比其他组成部分小很多。因此如何提高吸收器的传热与传质性能成为国内外近几十年的一个主要研究方向。自从20世纪50年代，人们便在溴化

7、锂水溶液加入表面活性剂来强化吸收器的传热传质。添加溶液量0.04%的辛醇，可使吸收器的传热系数提高60~140%，而加入过量的辛醇并不会使传热系数再增加[1]。而且以往的研究大都基于静态池实验，而实际的吸收式热泵内吸收器的动态吸收与静态池吸收在液膜形成等过程相去甚远，因而很难准确的指导实践应用。研究者往往把重点放在溴化锂水溶液与水蒸气作用的汽液界面，而忽视了溴化锂水溶液与铜管壁面的固液界面的影响。本文从微观角度分析了添加表面活性剂后汽液两相以及固液两相界面特性的变化，解释了“马兰格尼对流”的形成原因，分析的结果与已有实验结果一致。2强化机理现状由于吸收器内水

8、蒸气吸收过程的热质耦合、流动过程复杂等原因，溴化锂水