不同类型的添加剂对制冷效能的影响分析

　　1 前言

　　对于溴化锂吸收式制冷系统而言，如何提高其吸收器的热量和流量传递速度一直是备受关注的一个问题。此前有相关研究表明，通过在吸收式制冷机中添加某些表面活性剂会强化吸收器的热量和流量传递[1，2]。但对于这些添加剂的种类和详细的作用特征，当前研究并不多，即目前还没有关于不同添加剂对制冷效能分析的详细文献，因此，本文将针对这一问题展开研究。

　　从理论上分析，添加一些表面活性剂，主要通过强化机制能增加吸收器的效率，减少相同容积的吸收面积，从而控制整个吸收系统的规模，实现制冷效能提高的目的[3]。另外也有一些文献认为，提高管道的湿润度，降低表面压力从而影响流动型态，也会出现强化作用; 还把一些强化作用归因于锂离子的分解，认为添加剂提高了锂离子在水中的分解速度[4]。这些理论都还不完全成熟。还有理论将强化作用归因于 Marangoni 对流改变了表面压力。大多数研究者都赞同 Marangoni 对流理论，但是这个理论仍然不能解释表面活性剂超过最佳溶解度时的情况[5]。也有学者认为，溶解度超过最佳限额，或在冷凝器和吸收器的接触面添加表面活性剂，都会使接触面上的表面压力消失，引发 Marangoni 对流。而 Marangoni 对流是吸收和冷凝过程中热量和流量传递作用加强的决定性因素[6]。垂直管道中发生强化作用的添加剂浓度是 50ppm( 1ppm = 十万分之一) 。在水平管中做蒸汽凝结实验，当添加剂浓度是 1% 即1000ppm，热量传递增加 30% ，低于这个浓度时，强化作用不明显[7，8，9]。

　　本文研究的主要目的是，分析添加剂在蒸发，吸收和冷凝过程中的强化作用以及浓度变化的影响，确定最佳添加量，在结果不确定性的条件下，选择合适的添加剂。在吸收式制冷机实验中选用的表面活性剂有戊基甲醇、正六醇和 1 - 羟基己烷，它们也是应用最广泛的表面活性剂[10 -11]。本文的实验数据来源于冷凝、水蒸汽流入溴化锂水溶液，最终落入冷却水平管道这一系列过程，对比分析加入和不加入表面活性剂时对质量吸收的强化作用。通过反复实验来分析并确定精确的影响效果，实验结果有助于验证添加剂在吸收过程中的强化作用，并分析制冷效果提升的根本原因[13]。

　　2 溴化锂吸收式制冷系统工作原理

　　溴化锂吸收式制冷系统组成结构如图 1 所示[12]。为了方便观测，系统中大多数的部件采用玻璃制作。玻璃吸收器是必备的实验设备，规格是 235 ×8 ×1 500mm。整个装置由两个 MS 型金属板水平支撑，金属板固定在吸收器的两端，两个金属板之间通过 6 个钢拉杆连接，仅仅起支撑作用。一个玻璃柱的一头和真空管通过一个玻璃连接器连接，另一头和一个厚 8mm、直径 400mm 的金属板连接。金属板被一个厚 8mm 飞氯丁橡胶垫圈拴在玻璃轮缘上，橡胶使玻璃柱保持压力不变。在金属板上钻几个洞，将一把铜管( 18 × 0.5mm) 以铸模( 2 × 6) 的形式插入玻璃壳。把管道放在一个26 ×21mm 的沥青中锻造成 U 型。每一个铜管的最深处都有一个金属刻纹，保持管道间的距离不变。