【摘要】：單效和雙效的吸收式熱泵系統(tǒng)對熱源溫度的要求不同,同一溫度的熱源可能對于雙效系統(tǒng)過低,而對于單效系統(tǒng)又顯得過高,增加了結(jié)晶的危險。為了提高吸收式熱泵機組的工作性能,必須研究適用范圍更為廣泛的熱泵系統(tǒng)。在探索新型的循環(huán)流程的過程中,某些循環(huán)顯著地改變了循環(huán)熱效率,例如在循環(huán)中加入一個熱驅(qū)動的噴射器可以將系統(tǒng)的性能提升5%。在熱泵系統(tǒng)中加入除濕設(shè)備可以較好的控制溫度與濕度,熱泵的性能系數(shù)可高達6。對于新型系統(tǒng)也有部分理論和實驗上的研究,但是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣化,系統(tǒng)的性能都處于實驗階段,系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計,關(guān)鍵部位的傳熱傳質(zhì)分析的研究還很不完善,也缺乏相應(yīng)的規(guī)范,很大程度上限制了這類熱泵的應(yīng)用。針對傳統(tǒng)溴化鋰吸收式熱泵循環(huán)的不足,本文結(jié)合了噴射器和雙效吸收式熱泵的優(yōu)勢,提出一種新型的噴射型熱泵系統(tǒng),在此基礎(chǔ)上的主要研究工作包括以下三個方面:第一:通過分析整體復(fù)合系統(tǒng)的工作流程,分別建立系統(tǒng)各部件的數(shù)學(xué)模型以及整體的數(shù)學(xué)模型,首次分析了系統(tǒng)各個部件間的熱質(zhì)耦合關(guān)系,建立了系統(tǒng)各個部件的數(shù)學(xué)模型,給出了控制微分方程的詳細求解方法,在上述基礎(chǔ)上得到系統(tǒng)整體的動態(tài)特性模型,將某些部件的穩(wěn)態(tài)輸出作為關(guān)聯(lián)部件的控制方程的邊界條件,并進行了數(shù)值求解,得到系統(tǒng)啟動過程(初值問題)中各部件進出口參數(shù)的變化規(guī)律,將計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)比較,分析實驗和模型解的誤差來源。以氣動函數(shù)法為基礎(chǔ)建立了蒸汽噴射器的熱力學(xué)模型,通過優(yōu)化設(shè)計參數(shù),使噴射器在最優(yōu)引射比下工作。在低溫發(fā)生器和冷凝器之間設(shè)置噴射器,使系統(tǒng)在四個不同的壓力下工作。高溫發(fā)生器在最高壓力下工作,冷凝器在中壓下工作,而吸收器和蒸發(fā)器都在低壓力級工作,與傳統(tǒng)的雙效吸收式循環(huán)不同的是現(xiàn)有循環(huán)的低壓發(fā)生器壓力與冷凝器的壓力不同。本文從熱力學(xué)第一和第二原理角度比較了新型循環(huán)和傳統(tǒng)單效、雙效循環(huán)的性能差異。與雙效吸收式熱泵的?效率對比發(fā)現(xiàn),本文提出的噴射型熱泵系統(tǒng)在同樣設(shè)計參數(shù)時?效率變化平緩,沒有較大的波動,具有更加穩(wěn)定的工作性能。研究還表明,若噴射器工作在低壓發(fā)生器了冷凝器之間,并且在設(shè)計工作條件下新型噴射循環(huán)的性能系數(shù)最高可達到1.78。新型系統(tǒng)性能系數(shù)隨著濃溶液濃度的變化可達最大值,而稀溶液的濃度對COP的影響較小,稀溶液濃度大于0.6時COP不隨稀溶液濃度的變化而變化。冷卻水出口溫度增大COP迅速上升,隨著高溫溶液熱交換器溫差的增大COP表現(xiàn)出減小的趨勢,然而COP隨著低溫溶液熱交換器溫差的增大先上升,當溫差超過8~?C時急劇降低。第二:針對系統(tǒng)不同的傳熱傳質(zhì)形式建立了系統(tǒng)各部件的熱質(zhì)耦合關(guān)系。建立了蒸發(fā)器水平和豎直圓管外池沸騰換熱的發(fā)生器模型,其中豎直管外的降膜蒸發(fā)過程能精確的模擬蒸發(fā)器的傳熱傳質(zhì)性能,引入半解析形式的NILT方法,分析了圓管外蒸汽邊界層,液相邊界層的熱質(zhì)耦合關(guān)系,提出了求解相變移動邊界問題的偽坐標變換法,理論求解了局部傳熱Nusselt數(shù)和傳質(zhì)Sherwood數(shù),這種半解析形式的傳熱傳質(zhì)系數(shù)可以直接應(yīng)用到機組部件的動態(tài)數(shù)學(xué)模型中。分析了傳熱傳質(zhì)的影響參數(shù),即工作蒸汽的溫度、初始溴化鋰溶液的濃度等對傳熱傳質(zhì)的影響。分析了移動汽相邊界層的厚度對傳熱傳質(zhì)的影響。研究表明在較大的沸騰曲面曲率的影響下,傳熱傳質(zhì)系數(shù)表現(xiàn)出明顯的差異,而邊界層的厚度無明顯的變化;建立吸收器在不完全潤濕條件下的吸收傳熱傳質(zhì)模型,分析無量綱溫度場與濃度場隨系統(tǒng)參數(shù)的變化關(guān)系,導(dǎo)出解析形式的傳熱傳質(zhì)系數(shù)表達式。引入潤濕因子的概念,研究表明,在考慮不完全潤濕的條件下潤濕因子增大傳熱傳質(zhì)系數(shù)增大,當溶液的流速降低時,在潤濕因子等于1(完全潤濕)時傳熱系數(shù)無條件減小,但在不完全潤濕條件下的傳熱傳質(zhì)系數(shù)有可能增大。傳熱系數(shù)隨著換熱壁面溫度的變化出現(xiàn)不穩(wěn)定趨勢,而傳質(zhì)系數(shù)在設(shè)定工況確定時可達到一個確定的最大值。對于高壓發(fā)生器,管外溶液劇烈沸騰,蒸汽相和溶液相的參數(shù)變化劇烈,這時需要同時分析液相和氣相的參數(shù)變化特性,第四章第四節(jié)從邊界層理論出發(fā),建立了精確地管外發(fā)生傳熱傳質(zhì)模型,利用偽相似變換的方法尋求兩相邊界層中的速度特性和傳熱特性,模型還能分析兩相邊界面處蒸汽邊界層的厚度。本節(jié)的分析還考慮了實際的液膜流動過程,也考慮了蒸發(fā)面的端部沸騰效應(yīng),從而更加逼近實際情況。第三:在設(shè)計參數(shù)條件已知時通過建立決策變量的等式約束和不等式約束,以系統(tǒng)性能系數(shù)為目標函數(shù)建立了新型熱泵系統(tǒng)的優(yōu)化模型。采用罰函數(shù)方法同時處理兩種約束條件,對系統(tǒng)的循環(huán)參數(shù)進行熱力學(xué)優(yōu)化,得出在設(shè)計參數(shù)條件下的最佳性能參數(shù),從而指導(dǎo)設(shè)備的選擇和為各設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。優(yōu)化計算表明,在與前文啟動設(shè)定參數(shù)一致時,循環(huán)的最優(yōu)的熱力系數(shù)可達1.887,根據(jù)最優(yōu)化的性能系數(shù)分別計算系統(tǒng)的各狀態(tài)點的熱力參數(shù),優(yōu)化計算的結(jié)果與工程中常見的參數(shù)范圍一致,從而驗證了優(yōu)化方法的可行性。此外本文還分析了變工況對新型系統(tǒng)的影響,分析比較了在相同設(shè)計參數(shù)下新型系統(tǒng)的傳統(tǒng)的單雙效系統(tǒng)的?經(jīng)濟性能,分析了各種參數(shù)對系統(tǒng)總投資的影響,研究表明在一定的熱源溫度范圍內(nèi),新型系統(tǒng)的的運行結(jié)果更可靠,經(jīng)濟性能更好。
【圖文】：

般不能工作在最佳的狀態(tài)，本文以系統(tǒng)的性能最大化為目標函數(shù)，建立起系統(tǒng)的各自由度之間的恰當關(guān)系，找到一組讓系統(tǒng)工作在最佳性能狀態(tài)的物性參數(shù)，從而在實際應(yīng)用中具有重要指導(dǎo)意義。雙效噴射型吸收式熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.1所示 循環(huán)總共分為四個壓力等級，高壓發(fā)生器在最高壓力和最高溫度下工作，冷凝器在中壓下工作，如果忽略蒸發(fā)器和吸收器之間 6.5-8kPa 的壓力變化，蒸發(fā)器和吸收器都工作在最低壓力下。與傳統(tǒng)的雙效吸收式循環(huán)不同的是，本文提出的循環(huán)其低壓發(fā)生器和冷凝器的壓力不同，從高壓發(fā)生器發(fā)生出來的水蒸汽分成兩路，一部分高溫高壓水蒸汽流經(jīng)低壓發(fā)生器（圖中的狀態(tài)點 17），被用作低壓發(fā)生器的發(fā)生熱源，在低壓發(fā)生器中釋放潛熱。另一路（圖中的狀態(tài)點 16）高壓蒸汽作為噴射器的工作流體，用于引射從低壓發(fā)生器排出的水蒸汽（二級流），工作流體和二級流在噴射器中混合后經(jīng)過擴散器后壓力逐漸回升。低壓發(fā)生器的壓力介于冷凝器和蒸發(fā)器之間

故發(fā)生器濃溶液出口的流量按照孔口出流處理。2.1.2 動態(tài)數(shù)學(xué)模型在圖2.1中，，高溫煙氣的質(zhì)量流量為 m

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