溴化锂水溶液在倾斜平板上绝热吸收过程的数值模拟.pdf

中国工程热物理学会 传热传质学 学术会议论文 编弓：063398 溴化锂水溶液在倾斜平板上绝热吸收过程 的数值模拟 孙欢申江马麟 (天津商学院制冷与空调工程系，天津300134) TEL：022 E-mail：tianjun868@126．com． 摘要 根据传热传质分离的吸收形式，提出了溴化锂水溶液在倾斜’F板上的绝热吸收模型。并对 该模型进行了数值计算，得出r下落液膜内的温度、浓度分布的解析值。讨论了斜板尺寸和进口温 度、浓度及吸收压力等参数对传热传质性能的影响。计算结果表明，吸收斜板的倾角、板K等对传 热传质的影响较大．而传热传质分离的绝热吸收形式勺传统的管外降膜吸收相比，传质系数也有很 大的提高。 关键词 传热传质分离倾斜平板数学模型数值计算 1 引言 ． 吸收式制冷机组具有无环境公害、使用能源种类多等优点，被公认为绿色环保制冷 空调设备。吸收器作为吸收式制冷机的最重要的部件，其性能对机组性能影响很大。吸 收过程是传热传质同时存在的极其复杂的过程，迄今为止还没有一种理论能够清晰地阐 明吸收过程的机理。目前，吸收式系统绝大多数采用降膜式吸收器，其换热部件采用铜 管束，管内为冷却水，溴化锂溶液在管外吸收水蒸汽并将吸收过程产生的热量通过铜管 传递给冷却水，使溴化锂溶液总处于比较低的温度，从而达到持续吸收水蒸汽的目的。 为了提高吸收器内的传热传质性能，降低吸收式制冷机的成本，国内外许多学者对水平 或垂直降膜式吸收过程进行过研究。这些研究虽然使得吸收器性能有所提高，但仍不够 理想，吸收器仍然占到吸收式制冷系统约25-40％的重量，是造成吸收式制冷系统成本 高、体积和重量大的主要原因n1。 根据已有的传热、传质学理论，传热、传质具有相异性，能够将传质视为溴冷机吸 收过程必须进行的过程，而传热仅为伴随现象，故溴冷机吸收过程热、质过程可以分开 进行。如采用预冷器来冷却溴化锂溶液，使溶液吸收过程的吸收热在预冷器中释放(即 进行等浓度传热过程)，则吸收器中从理论上只进行传质绝热过程，从而也就实现了热、 质分离。采用传热传质分离进行的方式；将传热和传质过程分别进行强化，是解决体积 赫金项目：国家自然科学摹会 1345 和重量问题的一种有效途径。另外，已有的非绝热蒸汽一溴化锂水溶液吸收过程的理论 研究表明，吸收过程的传热计算达到了一定的准确度，但传质计算误差比较火。冈此需 要对传质过程的机理作进一步的研究。将传热传质过程分别进行研究，还可使传质过程 的研究得到简化。 本文以倾斜平板作为研究对象，采用理论分析和数值计算相结合的方法，计算溴化 锂水溶液在平板上绝热吸收的液膜内的速度、温度和浓度分布和传质效果。并讨论平板 的尺寸对传质效果的影响。 2 数学模型 为了建立斜板上的绝热吸收过程的数学模型，并使模型便于求解，且有足够的精确 度，做出如下假设： 1)吸收器内整个气相为均匀，等压的单组分水蒸汽； 2)气液界面达到相平衡，无剪切应力； 3)由于溶液在斜板上流速缓慢，降膜为充分发展的层流，而且由于扩散速率过低， 致使溶质在液膜上只能穿透一段很小的距离，根据HigbieE2】提出的穿透理论， 可以认为液膜内的各点流速相同； 4)膜内沿流动方向无分子扩散： 5)吸收热全部在界面放出； 6)吸收过程为稳态过程，这是因为研究的是一段时间内的总效应，而不是某一瞬 间的情况。 根据以上假设，建立如图l所示的坐标系统，得到控制微分方程组： 图1 斜板上的计算模型及坐标选取 ‘ ‘O％ 零量方程：“面OC=D埘_02下COr