本文選題：溶液除濕　切入點(diǎn)：蒸發(fā)冷卻　出處：《東南大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：在夏季,傳統(tǒng)蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)通常直接將冷凝熱排放到環(huán)境中(一般而言,冷凝熱約占制冷量的120%-130%)。大量冷凝熱的排放一方面加劇了城市熱島效應(yīng),另一方面也是一種能源浪費(fèi)。從熱力學(xué)角度而言,蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)的節(jié)能措施一般包括制冷劑過(guò)冷和冷凝熱的有效利用。然而,當(dāng)前的制冷劑過(guò)冷方法均存在各自的不足,新型的制冷劑過(guò)冷方法有待進(jìn)一步的研究。此外,冷凝熱的利用通常需要較高的冷凝溫度(60℃以上),這在一定程度上降低了系統(tǒng)性能。為解決上述問(wèn)題,本文提出了一種溶液除濕蒸發(fā)過(guò)冷復(fù)合制冷系統(tǒng),主要包括蒸汽壓縮制冷循環(huán)、溶液除濕再生循環(huán)和間接蒸發(fā)冷卻循環(huán)。該系統(tǒng)利用低品位冷凝熱(40-60℃)驅(qū)動(dòng)溶液除濕再生循環(huán)獲取干燥空氣,通過(guò)干燥空氣在間接蒸發(fā)冷卻器中蒸發(fā)冷卻獲取低溫冷卻水,進(jìn)而過(guò)冷冷凝器出口的制冷劑,增大系統(tǒng)制冷量,提高系統(tǒng)性能。本文結(jié)合理論研究與實(shí)驗(yàn)研究較為深入的研究了系統(tǒng)性能以及各部件的優(yōu)化方案。此外,采用分子動(dòng)力學(xué)模擬技術(shù)研究了空氣-溶液界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)微觀特性,為強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞、降低溶液再生所需冷凝溫度提供了理論參考。具體研究?jī)?nèi)容與結(jié)果如下:首先,建立了溶液除濕蒸發(fā)過(guò)冷復(fù)合制冷系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,分析了溶液濃度、冷凝溫度、環(huán)境空氣溫度和相對(duì)濕度對(duì)系統(tǒng)性能的影響,并與常規(guī)風(fēng)冷冷水機(jī)組進(jìn)行對(duì)比。此外,對(duì)比分析了采用熱空氣再生和冷空氣再生對(duì)系統(tǒng)性能的影響。理論研究表明,該系統(tǒng)可以顯著提高常規(guī)風(fēng)冷冷水機(jī)組性能,制冷機(jī)COPch和制冷系統(tǒng)COP_(sys)可分別提升20.6%和10.5%。系統(tǒng)適宜工作在冷凝溫度較高、環(huán)境空氣溫度較低或環(huán)境空氣相對(duì)濕度較低的工況。此外,溶液濃度應(yīng)當(dāng)合理選取以獲取最佳系統(tǒng)性能。一般而言,采用熱空氣再生有助于提高系統(tǒng)性能,與冷空氣再生系統(tǒng)相比,熱空氣再生系統(tǒng)性能最高可提升 3.7%。其次,分別采用LiCl、LiBr和CaCl_2溶液作為溶液除濕再生循環(huán)的循環(huán)溶液,研究了不同工況下三種溶液的最佳運(yùn)行濃度,擬合了溶液最佳運(yùn)行濃度和冷凝溫度之間的關(guān)聯(lián)式。在標(biāo)準(zhǔn)工況下,LiCl、LiBr和CaCl_2溶液的最佳運(yùn)行濃度分別為0.31、0.45和0.42。對(duì)于LiCl和LiBr溶液而言,溶液最佳運(yùn)行濃度與冷凝溫度呈線性關(guān)系,而對(duì)于CaCl_2溶液,二者呈非線性關(guān)系。此外,為了合理評(píng)價(jià)再生器性能,提出了顯熱再生效率的概念,并分析了不同溶液濃度和冷凝溫度下三種溶液的顯熱再生效率。顯熱再生效率可以大于1、小于1或等于1。在標(biāo)準(zhǔn)工況下,LiCl、LiBr和CaCl_2溶液的最大顯熱再生效率均在1.0左右。再次,為了高效合理的利用冷凝熱,研究了溶液除濕再生循環(huán)冷凝熱驅(qū)動(dòng)溶液再生模式。通過(guò)溶液和空氣之間不同冷凝潛熱配比(R_(lat)),實(shí)現(xiàn)了三種不同的冷凝熱驅(qū)動(dòng)模式:全部冷凝熱加熱溶液(Mode 1);冷凝過(guò)程潛熱加熱空氣,顯熱加熱溶液(Mode 2);部分冷凝過(guò)程潛熱加熱空氣,其余冷凝熱加熱溶液(Mode 3)。分析了不同冷凝溫度和溶液濃度下冷凝潛熱配比對(duì)于系統(tǒng)性能的影響,并進(jìn)一步討論了 Mode 1系統(tǒng)。當(dāng)冷凝溫度較低或溶液濃度較高時(shí),Mode 1系統(tǒng)具有較高的性能,然而當(dāng)冷凝溫度較高或溶液濃度較低時(shí),三者相差不大。制冷系統(tǒng)提供的冷凝熱量多于再生過(guò)程所需的再生熱量,多余的冷凝熱應(yīng)當(dāng)用于其他用途。為了合理利用多余的冷凝熱,提出了一種基于冷凝熱分級(jí)利用的熱泵驅(qū)動(dòng)溶液除濕系統(tǒng)。從次,針對(duì)間接蒸發(fā)冷卻循環(huán),提出了兩種不同的空氣循環(huán)模式:開(kāi)式模式和閉式模式。對(duì)比分析了三種不同氣候條件下(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)、潮濕狀態(tài)和干燥狀態(tài))開(kāi)式模式和閉式模式系統(tǒng)性能,分別討論了再生空氣/溶液流量比、再生器傳質(zhì)單元數(shù)和除濕空氣新風(fēng)比(R_(anb))對(duì)系統(tǒng)性能的影響,得出了不同氣候條件下系統(tǒng)最佳空氣循環(huán)模式。標(biāo)準(zhǔn)氣候條件下,建議采用開(kāi)式模式(R_(amb)=0.3),再生器中空氣/溶液最佳流量比在0.5-2之間;潮濕氣候條件下,建議采用閉式模式,再生器中空氣/溶液最佳流量比在0.4;干燥氣候條件下,建議采用開(kāi)式模式(R_(amb)=1)。另外,搭建了溶液除濕蒸發(fā)過(guò)冷復(fù)合制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)研究了關(guān)鍵參數(shù)(除濕風(fēng)量、再生風(fēng)量、除濕溶液流量、再生溶液流量和蒸發(fā)冷卻器噴淋水量)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,并與常規(guī)水冷冷水機(jī)組進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,本系統(tǒng)可以獲取低溫冷卻水過(guò)冷制冷劑,該冷卻水溫度可以低于環(huán)境空氣濕球溫度。與常規(guī)水冷冷水機(jī)組相比,本系統(tǒng)在相對(duì)潮濕工況下具有較高的性能,制冷機(jī)COPch和制冷系統(tǒng)COP_(sys)可分別提升18.6%和8.2%。除濕風(fēng)量對(duì)系統(tǒng)性能具有顯著的影響,實(shí)驗(yàn)工況下最佳除濕風(fēng)量為0.25 kg/s;隨著再生風(fēng)量的增加,系統(tǒng)性能先顯著升高后緩慢增加;隨著再生溶液流量的增加,系統(tǒng)性能先逐漸升高后保持平穩(wěn);一般而言,較大的噴淋水量有利于提高系統(tǒng)性能。最后,研究了空氣-溶液界面?zhèn)鳠醾髻|(zhì)微觀特性,為熱質(zhì)傳遞強(qiáng)化提供了理論參考。建立了空氣-溶液(LiCl和LiBr)界面分子動(dòng)力學(xué)模型,分析了不同溫度下(300 K,325 K和350 K)空氣-溶液界面粒子密度曲線,揭示了空氣-溶液界面粒子分布傾向。水分子傾向存在于溶液內(nèi)部,而離子傾向存在于界面。此外,在空氣-溶液界面內(nèi),氯離子和溴離子更傾向于分布在鋰離子的上部�？諝�-溶液界面區(qū)域很薄,當(dāng)體系溫度為300 K和325 K時(shí),界面層厚度約為6A,而當(dāng)體系溫度為350 K時(shí),界面層厚度約為9A。分析了不同溫度下溶液表面水蒸汽壓力,并與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。當(dāng)體系溫度為300K時(shí),模擬結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好,隨著體系溫度的升高,誤差顯著增大,但溶液表面水蒸汽壓力的變化趨勢(shì)是相同的。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB657

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 熊珍琴;代彥軍;王如竹;鄧建;;溶液除濕冷卻系統(tǒng)的，

本文編號(hào)：1658212