氨/盐溶液管内流动沸腾换热及在线浓度测量方法研究

摘要

在吸收式制冷系统领域，氨/盐溶液作为一种潜力巨大的吸收工质对，受到了越来越广泛的关注。相比于传统的H2O-LiBr和NH3-H2O吸收式制冷系统，氨/盐吸收式制冷系统能够制取0°C以下的冷量，同时系统中不需要使用精馏器，这些优势都有利于减小吸收式制冷系统体积并增加其应用范围。因此，为了更好的推广氨/盐吸收式制冷系统的小型化应用，论文从两个方面着手对其进行探究。
　　在吸收式制冷系统中，最重要的系统部件为发生器和吸收器。发生器是系统获取和利用工作热源的部件，发生器结构的优化设计能够帮助系统降低能耗，有利于提高系统的整体能效。为了进一步推广氨/盐吸收式制冷系统在移动交通工具中的应用，论文的第一部分研究内容主要对硝酸锂-氨溶液在水平光管内的流动沸腾换热特性进行了实验研究。实验中的测试条件是依据吸收式制冷系统的实际工况进行选择。实验中硝酸锂-氨溶液的氨质量浓度为45.5％，溶液的质量流量和沸腾温度区间分别为20-55kg/h和76.7-93.2℃。本实验研究了质量流率、热流密度、出口干度以及管径尺寸等工况因素对沸腾换热的影响。实验结果表明，热流密度对沸腾换热系数有着决定性影响，可以说明核态沸腾换热在实验中起主导作用。同时，所得的实验数据和现有文献中的流动沸腾换热关系式进行对比，结果发现现有关系式的预测值和实验值均有较大偏差。根据实验数据，本文提出了适用于硝酸锂-氨溶液的水平光管内沸腾换热关系式，由该关系式计算出的预测值和实验值的平均偏差小于±10%。本实验结果以及新关系式能够为硝酸锂-氨吸收式制冷系统中的发生器的设计和优化提供一定的帮助。
　　此外，吸收器中发生的溶液对制冷剂的吸收过程是整个吸收式制冷系统的工作核心，良好的吸收性能也能够极大地提高系统的整体性能。为了更好的评估氨/盐吸收式制冷系统中吸收器的性能，论文的第二部分研究内容提出了一种用于吸收式制冷系统的新型溶液浓度在线测量方法，通过测量溶液的电导率来推测溶液的浓度。相比于传统的密度法测量溶液浓度，在氨/盐吸收式制冷系统中，电导率法不仅能够节约测量成本，还具有安装方便的特点。为了推动电导率-浓度法在实际吸收式制冷系统中的应用，本实验测量了硝酸锂-氨溶液和硫氰酸钠-氨溶液在293.15-333.15K温度区间内的电导率值，两种溶液的氨质量浓度分别为0.35-0.48和0.35-0.50。所得的实验结果通过扩展的Casteel-Amis方程进行拟合，并给出了显示形式表达的浓度-温度-电导率三者的关系式。本实验结果以及给出的浓度-温度-电导率关系式对吸收式制冷系统中吸收器的性能评估具有重要作用。
　　本论文内容对小型氨/盐吸收式制冷系统的产品设计开发和评估，以及其应用领域的推广具有重要意义。

目录

声明

主要符号表

1 绪论

1.1吸收式制冷技术的发展

1.2 氨/盐吸收式制冷技术研究现状

1.3本文的研究内容

2 硝酸锂-氨溶液水平光管内流动沸腾换热实验研究

2.1引言

2.2实验装置和实验程序

2.3数据处理

2.4实验不确定度

2.5实验结果和讨论

2.6实验数据与其他文献数据对比

2.7本章小结

3 硝酸锂-氨溶液流动沸腾换热关系式

3.1引言

3.2现有关系式评估

3.3新型关系式拟合

3.4本章小结

4 氨/盐溶液浓度在线测量方法

4.1引言

4.2实验材料

4.3实验装置和程序

4.4实验结果和讨论

4.5 w-κ-T拟合关系式

4.6本章小结

5 全文总结及建议

5.1 全文总结

5.2下一步建议

致谢

参考文献

附录A 攻读硕士学位期间学术成果汇总

附录B 氨/盐溶液电导率测量数据