新型吸收式制冷循环构建理论及其应用研究

摘要

随着经济的发展和人们生活质量的提高，制冷与采暖消耗的能源占全社会能耗的比例越来越大;另一方面，大量的工业余热、废热没有加以利用，造成严重浪费。因此，研究余热驱动且对环境友好的吸收式制冷系统受到人们越来越多的关注。
　　为了提高吸收式制冷系统的竞争力，需要提高其性能。采用新型吸收式制冷循环是提高吸收式制冷系统性能的一种主要方式。传统上，构建新型制冷循环主要依赖研究人员的灵感，循环构建过程漫长而低效。考虑到制冷过程本身的特点，本文提出了制冷能力分析方法，并将其用于吸收式制冷循环性能的分析及新循环的构建。
　　针对中低温变温余热利用不充分的技术难题，本文通过制冷能力理论分析，发现传统单效吸收式制冷循环吸收器出口溶液具有潜在扩散制冷能力，并发现可以通过改变传统单效吸收式制冷循环吸收器出口溶液的理论终态温度，以实现将潜在制冷能力转化为现实扩散制冷能力。在上述研究思路突破的基础上，构建了一种结构形式简单、能高效利用该类热源的新型吸收式制冷循环，并进行了详细的理论研究。理论研究结果显示，在所研究的工况范围内，新循环单位质量热源流体的制冷量比传统单效循环高20％以上。
　　针对低温余热难以高效利用的技术难题，本文以制冷能力分析方法为基础，通过合理利用或者改变溶液的现实扩散制冷能力，根据不同工况的需求，分别构建了两个新型0.x效吸收式制冷循环。理论研究表明:新构建的循环比传统循环具有更高的效率，这对于低温热源的高效利用具有重要的意义。
　　针对中温余热难以高效利用的技术难题，本文以制冷能力分析方法为基础，分别通过改变吸收器进口溶液的制冷剂质量分数和吸收器出口溶液理论终态温度以改变溶液现实扩散制冷能力的方式，构建了两个1.x效吸收式制冷循环。理论研究表明，在所研究工况范围内，新提出的1.x效吸收式制冷循环的COP比传统单效循环可以提高20％左右。
　　为了验证所提出的新循环及其所采用的理论模型，本文设计并搭建了1.x效喷射吸收复合制冷循环实验装置。实验研究表明，理论模拟结果与实验结果符合较好。当蒸发温度为5℃、吸收温度和冷凝温度为40℃、发生温度为135.3℃的时候，新循环的COP比传统单效循环的COP提高24％左右，当发生温度为127℃、冷凝温度和吸收温度为40℃、蒸发温度为10℃时，新循环的COP能达到1，比传统单效循环COP高30％左右，从而在实验上验证了新循环具有比传统循环更高的效率。

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论文说明

摘要

主要符号表

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附表目录

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 基本吸收式制冷系统

1．3 吸收式制冷系统的工质对研究进展

1．3．1 寻找新的工质对研究进展

1．3．2 改进现有工质对热力学性能研究进展

1．4 吸收式制冷循环研究进展

1．4．1 多级吸收式制冷循环研究进展

1．4．2 自复叠吸收式制冷循环研究进展

1．4．3 多效吸收式制冷循环研究进展

1．4．4 GAX吸收式制冷系统研究进展

1．4．5 复合吸收式制冷循环研究进晨

1．4．6 扩散吸收式制冷循环

1．5 本文研究内容

2 制冷循环构建理论研究

2．1 传统热力学

2．2 Georg Alefeld构建准则

2．3 制冷能力的概念及其在循环构建中的应用

2．3．1 制冷能力的概念

2．3．2 常见能量形式制冷能力的计算方法

2．3．3 理论终态温度的确定

2．3．4 制冷能力效率

2．3．5 制冷能力分析方法在构建新循环中的应用

2．4 制冷能力分析方法和(火用) 分析方法比较

2．5 本章小结

3 新型中低温变温余热驱动吸收式制冷循环

3．1 可利用变温余热的吸收式制冷循环介绍

3．2 循环构建过程

3．3 新循环介绍

3．4 新循环性能研究

3．4．1 模型介绍

3．4．2 评价方法

3．4．3 模拟结果

3．5 本章小结

4 新型0.x效吸收式制冷循环

4．1 引言

4．2 新型两级吸收式制冷循环的构建

4．2．1 传统两级吸收式制冷循环各状态点参数确定

4．2．2 新型两级吸收式制冷循环构建过程

4．2．3 新循环和传统两级循环性能对比

4．3 一种适用于利用低温热源的喷射吸收复合制冷循环的构建

4．4 本章小结

5 新型1.x效吸收式制冷循环

5．1 引言

5．2 一个基于传统双效循环的新型喷射-吸收复合制冷循环

5．2．1 循环介绍

5．2．2 复合循环循环性能分析

5．3 EAX循环

5．3．1 循环介绍

5．3．2 EAX循环循环性能分析

5．4 本章小结

6 实验装置的研制

6．1 实验装置介绍

6．2 各换热部件设计

6．3 喷射器设计

6．4 实验数据测量与采集系统

6．5 其他

6．6 本章小结

7 实验研究

7．1 实验准备

7．2 发生温度对系统性能以及其他关键参数的影响

7．3 蒸发温度对系统性能以及其他关键参数的影响

7．4 实验结果讨论

7．5 误差分析

7．6 本章小结

8 结论和展望

8．1 主要工作与结论

8．2 主要创新点

8．3研究展望

参考文献

攻读博士期间发表论文及获批专利情况

致谢