有限热源四温位不可逆吸收式制冷循环模型及性能分析

    1 引言

    吸收式制冷装置以低温位热能作为动力,采用对环境无害的工质对,已引起了世界各国的广泛重视[1]。近年来,许多学者用有限时间热力学理论[2,3]对吸收式制冷循环模型进行了探索[4-17],获得了一些比经典热力学理论对于工程设计更具有指导意义的新结论。

    在这些研究中,一些学者分别建立了恒温热源内可逆和不可逆的三热源[5-10]和四热源[11-14]吸收式制冷循环模型,研究了各种主要不可逆因素对吸 收式制冷机性能的影响规律。Zhen等[14]建立了综合考虑热阻、热漏和工质循环内部不可逆性的不可逆四热源吸收式制冷循环模型,导出了循环制冷率和制 冷系数的基本优化关系,并分析了循环的最优性能。有限热源是能量转换系统的一个共同特征,因而研究热源有限时的吸收式制冷循环性能,对吸收式制冷机的设计 与优化更具有实际意义。

    林国星等[15]研究了低温热源有限、考虑热阻和循环内部不可逆性时的三热源制冷机性能,Bautista等[16]和Bhardwaj等[17]以联合 循环(热机驱动制冷机)模型分别研究了热源都有限、仅考虑热阻和同时考虑热阻与循环内部不可逆性时的三热源和四热源吸收式制冷循环性能。不论是三热源还是 四热源模型,循环工质和热源之间都要经过四个不同的换热过程,因此以四温位来代替三热源和四热源更具有科学性。

    因此,本文将在已有文献的基础上,综合考虑有限热源、热源与环境之间的热漏、热阻及循环的内部不可逆性对吸收式制冷机性能的影响,建立一种新的有限热源不 可逆四温位吸收式制冷循环模型,并研究有限热源、热阻、热漏和内不可逆性对循环性能的影响规律,从而为实际吸收式制冷机的优化设计提供一些新的理论依据。

    2 循环模型

    吸收式制冷机主要由发生器、吸收器、冷凝质作稳定的流动并在整个循环周期τ内和外部热源交换热量;溶液热交换器在循环工质之间交换热量,与外部热源无关; 循环泵所需要的输入功与发生器热源的输入热量相比很小,通常可忽略不计。因此,如果吸收器和冷凝器中循环工质向同一热源放热,则为三热源循环,如果吸收器 和冷凝器中循环工质向不同热源放热,则为四热源循环。无论是三热源循环还是四热源循环,循环工质通过四个换热过程与热源交换热量,可统一称为四温位循环。 如图1所示,设发生器、吸收器、冷凝器和蒸发器中热源进口温度分别为Tⁱⁿg、Tⁱⁿa、Tⁱⁿc、和Tⁱⁿe, 相应的工质工作温度分别为Tg´、Ta´、Tc´和Tec,热源热容量(质量流率与定压比热之积)分别为Cg、Ca、Cc和Ce,换热器有效度分别为 Eg、Ea、Ec和Ee,传热系数分别为Ug、Ua、Uc和Ue,传热面积分别为Ag、Aa、Ac和Ae。由换热器原理可得循环工质与热源之间的换热量 Qg´、Qa´、Qc´和Qe´分别为