ab三效溴化锂吸收式制冷循环的仿真与分析_杨昭

三效溴化锂吸收式制冷以及翅片仿真模拟

第17卷??第4期

2004年12月石家庄铁道学院学报JOURNALOFSHIJIAZHUANGRAILWAYINSTITUTYVol.17??No.4Dec.2004

三效溴化锂吸收式制冷循环的仿真与分析

杨??昭1,??焦永刚1,??田玉卓2

(1.天津大学热能研究所,天津??300072;2.石家庄铁道学院机械工程分院,河北石家庄??050043)

????摘要:通过仿真计算分析了三种三效溴化锂制冷系统,分别是平行流、顺流和逆流系统。并且比较了三种循环的热力系数COP、最高压力和最高温度。结果显示在不同的循环方式中,平行流系统产生最大的热力系数而逆串联系统的最高发生温度和压力比其他系统都低。

关键词:三效系统;吸收式;制冷系统

中图分类号:TB606??文献标识码:A??文章编号:10063226(2004)04000104

1??引言

溴化锂吸收式制冷机是以溴化锂溶液为工质,以各种热能为动力的制冷设备,在为保护臭氧层而限制生产CFC制冷工质和电力供应日趋紧张的今天,耗电少、不含CFC的溴化锂吸收式制冷机的研制和应用日益为人们关注。目前,双效溴化锂制冷机的热力性能系数COP可以达到1.3,这样的效率已到了双效机效率的最大值,所以有必要发展三效循环系统以获得更高的效率,进行三效溴化锂制冷机的开发具有较大的理论和现实意义,是溴化锂研究发展的一个重要方向,但三效溴化锂制冷机的开发是一个系统工程,其中涉及到循环工质物性的研究,循环方式的选择、防腐、强化传热、结构等问题。通过计算机的仿真,对三种三效循环系统(平行流系统、顺流系统和逆流系统)进行了研究,在不同的循环方式中,力求寻找一种合理的循环方式,使其既达到三效机应有的效率,又有一个较低的发生温度和发生压力,尽可能从所采取的循环方式上减少解决高压发生器中高温溶液腐蚀,高温溶液表面活性剂及缓蚀剂失效和高压压力控制等问题的压力。

2??三效循环方式

三效循环主要有三种方式[1]。第一种为如图1所示的平行流循环方式,稀溶液离开吸收器后分别流入高、中、低三个发生器。第二种为逆流方式,稀溶液离开吸收器后,依次通过低、中、高三个发生器,其中离开低、中发生器的中间溶液分别有一部分直接回到了吸收器。第三种为顺流方式,稀溶液离开吸收器后,依次通过高、中、低三个发生器。平行流系统的焓浓图如图2所示。

3??热力循环的仿真过程

3.1??几个假设

在每一个部件(发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器)中都满足热力平衡条件。每个部件都简化成一交收稿日期:20040310

作者简介:杨昭??女??1960年1月出生??教授()

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??2石??家??庄??铁??道??学??院??学??报第17卷叉流的换热器;冷凝器压力同低压发生器压力相同;冷凝器出口的冷剂水处于饱和状态;蒸发器出口的冷剂蒸汽处于饱和状态;

忽略系统中的热损失和循环泵的耗功。

图1??平行流系统图??????????????????????????????????????图2??平行流系统焓浓图

3.2??计算程序的编制

热力计算必须满足系统总质量平衡、能量平衡及系统中各设备质量平衡和能量平衡[2]。即:总质量平衡:

??(mh)out=??min-??mout=0;LiBr质量平衡:??(m??)in-??(m??)out=0;能量平衡:Q+??(mh)in-0。其中,m为质量;??为浓度。

(1)输入参数:制冷量、冷却水入口温度和质量流率、冷媒水出口温度和质量流率、吸收器入口浓溶液的浓度、各换热面的换热系数和面积、平行流中稀溶液流向个发生器的比率、逆流系统中经过中、低发生器的中间溶液直接返回吸收器的比率。

(2)输出参数:热力系数COP、高温发生器所需的热量、在各点的温度,压力,流率,溶液浓度,和比焓值。

3.3??仿真的条件

为了比较每一种循环的特性,在仿真过程中对所有的循环给定同样的标准条件:制冷量100kW,冷媒水出口温度70??,冷却水进口温度320??,冷媒水质量流率17200kg/h,冷却水质量流率28440kg/h,换热器特性为吸收器20(kW??K)-1,蒸发器26(kW??K)-1,冷凝器26(kW??K)-1,中温发生器6(kW??K)-1,低温发生器6(kW??K)-1,溶液热交换器6(kW??K)-1,凝水回热器0.3(kW??K)-1。

换热器特性由现行的双效商业机来确定,对溶液热交换器,在每一种循环中三个溶液热交换器的换热系数与换热面积的乘积都保持定值,这样是为了研究哪种循环方式能获得更高的热力系数。在平行流中,从吸收器出来的稀溶液平均的流入三个发生器。在逆流系统中,离开中、低温发生器的中间溶液分别有15%直接流回吸收器。而在每一种系统中,离开吸收器的稀溶液的10%流经凝水回热器与冷剂水进行热交换。溴化锂溶液的热物性计算程序按文献[3]的经验公式编制。

4??结果分析

4.1??热力系数COP

图3表示了各循环中吸收器进口的浓溶液的浓度与热力系数的关系(图3中P为平行流,R为逆流,S为顺流)。由图3可以看出,平行流系统能产生最高的热力系数,其次是逆流系统。在平行流系统中,离开吸收器的稀溶液分别流经三个溶液热交换器流向三个发生器,而顺流系统中稀溶液依次流经三个溶液,,,

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第4期杨??昭等:三效溴化锂吸收式制冷循环的仿真与分析??3的换热特性一定时,平行流系统的换热器的效率最高,相应的产生最高的热力系数。在上述讨论中,把热力系数的影响主要归结为换热器效率的影响。

由图3可以看出,热力系数随浓溶液的浓度的增加而增加,这一点可作如下解释,吸收器中的传热量

Qabs=UAabs??Tln(1)

(2)式中,UAabs是吸收器换热系数与传热面积的乘积;??Tln是对数温差。??Tln=(??T1-??T2)/ln(??T1/??T2)

度减去进入吸收器的冷却水的温度。

从式(1)看出,当UAabs一定时,式中,??T1是吸收器进口浓溶液的温度减去离开吸收器的冷却水的温度;??T2是吸收器进口稀溶液的温为了从吸收器中移走同样的热量,??Tln应该也保持定值。这样,当浓溶液的浓度增加后,吸收器入口的浓溶液温度会升高,于是??T1升高。为了使??Tln保持定值,从式(2)可以看出:??T2应降低。这样,吸收器出口稀溶液的浓度就会下降,使得整个循环的浓度差增加,进而增加了溶液的循环倍率,于是产生比较好的热力系数。

4.2??蒸汽压力

图4表示的是每个循环中最高蒸汽压力(高温发生器内的压力)和浓溶液浓度的关系。由图4看出

,图3??浓溶液浓度与COP关系图????????????????????????????????图4??浓溶液浓度与Pmax

关系图

逆流系统的最高压力比其它两种循环要低,平行流系统比

顺流系统的最高压力要低。这是因为:在各种循环中,逆流

系统中离开低温发生器的溶液温度最低,这样使得来自中

温发生器的蒸汽温度比较低,因为它是要加热低温发生器

的溶液的。由此,中温发生器的压力就会比较低,于是离

开中温发生器的中间溶液的温度在各种循环中就最低,依

此类推,使得高温发生器的压力在三种循环中最低。

当浓溶液的浓度增加后,稀溶液的浓度就会减少。由

此,当浓溶液的浓度增加后,离开中温和低温发生器的中

间溶液的浓度不会变化很大,使得高温发生器的压力变化

也不会很大。从图4中看出,随着浓溶液浓度的增加,循

环的最高压力没有显著变化。而在其它两种循环中,中低

温发生器出口的中间溶液浓度会随浓溶液的浓度增加而

增加,使得高温发生器的压力随浓溶液的浓度的增加而显

著增加。图5??浓溶液浓度与Tmax关系图

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??4石??家??庄??铁??道??学??院??学??报第17卷????可以通过如下措施降低平行流和顺流系统的最高压力:

(1)强化蒸发器和吸收器的换热,使稀溶液浓度降低。

(2)强化低温发生器和中温发生器的换热,从而降低浓溶液的浓度。

4.3??温度

在溴化锂溶液中金属的腐蚀速度随溶液温度的升高而加快。在溴化锂制冷系统中,希望溶液的最高温度(高温发生器内溶液温度)尽可能低。图5表示了最高温度随浓溶液浓度变化的关系。在三种循环中,平行流的最大温度最高,而其它两种循环差别不大。高温发生器出口的溶液温度是由高温发生器里的压力和浓度的平衡关系决定的,压力或浓度的增加都会使温度升高。在平行流系统中,高温发生器出口的溶液浓度是在各系统中是最高的,在前一节中也叙述了平行流系统中浓溶液的压力也是较高的,所以在平行流系统中会产生最高的溶液温度。

5??结论

通过仿真计算分析了三种三效溴化锂制冷系统,分别是平行流、顺流和逆流系统。比较了这三种溴化锂制冷循环的热力系数COP、最高压力和最高温度。其中平行流系统产生最高的热力系数,而逆流系统由于部分溶液流经中低温发生器后直接回到了吸收器,使得逆流系统的热力系数也相对较高。最大压力和温度(高温发生器中)在逆流系统中最低,这有利于系统的控制和防止金属的过快腐蚀。在这三种循环系统中逆流系统更适合于三效机。

参??考??文??献

[1]戴永庆.溴化锂吸收式制冷技术及应用[M].北京:机械工业出版社,1996.

[2]申江,苏树强,邹同华.逆串联TC式三效溴化锂吸收式制冷循环分析[J].热力学与能源利用学术会议,2000

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Refrigeration,2000

[4]GrossmanG,WilkM,DevaultRC.Simulationandperformanceanalysisoftriple-effectabsorptioncycle[J].ASHRAE

Trans,1994:452~462

SimulationandAnalysisofTriple-effectAbsorptionCycles

YangZhao1,??JiaoYonggang1,??TianYuzhuo2

(1.RenengInstitute,TianjinUniversity,Tianjin300072,China;

2.SchoolofMechanicalEngineering,ShijiazhuangRailwayInstitute,Shijiazhuang050043,China)

Abstract:Asimulationanalysisiscarriedoutforthreekindsoftriple-effectabsorptioncyclesofparallel-flow,series-flowandreverse-flowusinganewlydevelopedsimulationprogram.Thecoefficientofper-formance,themaximumpressureandthemaximumtemperatureofeachcyclearecalculated.Theresultsshowthattheparallel-flowcycleyieldsthehighestcoefficientofperformanceamongthecycleswhilethemaximumpressureandtemperatureinthereverse-flowcyclearelowest.

Keywords:triple-effectsystem;absorptionsystem;refrigeratingsystem

(责任编辑??杨继成)