国内外吸收式热泵强化传热传质研究综述

　　随着节能减排成为一项重要的国家政策,吸收式热泵因其在回收余热等方面的优势得到了越来越广泛的应用。但是由于吸收式热泵效率不高,因此吸收式 热泵的传热传质强化一直是国内外研究的主要方向之一。总体看来,目前国内外的研究主要基于3个方向:¹新型强化管的研究;º新型表面活性剂的研究;»强化 吸收机制的研究。笔者对上述3个方面的国内外研究现状做简要综述。

　　1 强化管的研究

　　对传热管的改进方式主要有:改变管壁结构;对管壁进行表面处理(提高液膜覆盖率);改变管束材料。由于强化管可以在增大换热面积的同时将管壁处 层流变为湍流,因而能够提高传热传质系数。但是强化管存在管壁薄厚不均、易被腐蚀、沟槽处易结垢等问题,因此对机组清洁度要求比较高。

　　目前强化管的管型有:

　　1)表面多孔管,如图1所示。表面经过加工呈多孔层结构,常用于蒸发器与发生器。

　　2)锯齿形翅片管,如图2所示。该管是通过滚花和翅片成型2道工序加工而成。胡德福^[1]在吸收器中采用锯齿形翅片管进行实验研究,结果表明锯齿形翅片管传热系数为光管的1.4倍,吸收性能比光管高30%以上。

　　3)DAC双侧强化管。管外布满螺旋翅片,管内布有螺旋槽,传热系数为光管的1.5~2倍左右,传热系数在1.6kW /(m².K)左右。

　　4)滚花管^[2]的沸腾传热系数比光管可提高2~3倍。由于具有较多的汽化核心,气泡容易生成,而且实验结果表明,管束间隙对沸腾影响很小,适用于沉浸式发生器。

　　5)花瓣形管。该管与槽形管相类似,其截面的形状像朵花。一般以紫铜光管为原材料,通过滚花和翅片成型2道工序加工而成,内表面往往是有螺纹槽,因齿形与分布不同而种类繁多。周启瑾^[3]对 吸收器内光管、条幅管和花瓣形管的吸收过程进行实验研究,结果表明:条幅管和花瓣形管具有大体相同的吸收及换热性能,但均比光管高30%~40%。由于花 瓣形管的加工量只有条幅管的一半,而且单位管长的质量比条幅管小30%,因此笔者认为花瓣形管更具优势。NobuyaNishimura^[4]研究了一种立板式吸收器。用垂直板代替管束进行试验,结果表明,在溶液膜的雷诺数从8.5增加到29时,制冷量增大约为150%~170%,而传热系数约为1.0kW /(m².K)。陈达卫等^[5]用TURBO-CHILL-II型管,吸取了近年来国外开发的微细内肋管的优点,进行传热实验研究,发现TURBO-CHILL-II型管单位管长质量比TURBO-CHILL-I型的小8%~10%,同时传热性能比光管提高60%~100%。

　　在强化管新材料方面,美国Csrborundum Co.推出一种碳化硅材料,以代替目前常用的铜钢等管材。其传热性能与石墨相同,但强度远高于其他材质,且耐腐蚀。姜周曙等^[6]对一种新型镍合金强化传热管进行实验,结果表明:镍合金管表面经强化后传热系数比紫铜光管高25%~44%,而且耐腐蚀性优于光管。薄守石等^[7]基 于场协同原理应用2种不连续双斜内肋强化换热管进行溴化锂降膜吸收水蒸气传热实验,实验表明,在低雷诺数时该强化管降膜吸收和传热比光管分别提高20%和 50%,而且随着雷诺数的增大而增大。传热管表面经过处理后,由于其表面的凹凸不平会导致液膜沿不同方向扩展,马拉格尼对流对液膜的轴向扩展有推动作用。 在选择表面强化管时,最重要的是考虑强化管表面的抗结垢能力和耐用性,应避免片面追求更高的传热和传质系数。虽然有些强化管传热强化效果明显,但是表面形 状过于复杂,且容易结垢所以难以推广应用。笔者经实验研究,认为在实践应用中采用麻面管和花瓣形等表面结构不复杂的强化管较为合适。笔者所在研究所已经成 功地应用麻面管代替普通光管开发出供热量为1.3MW的垂直降膜式吸收式热泵,该热泵已经用于内蒙赤峰的电厂循环水余热供热^[8]的工程项目,机组实测数据表明吸收器传热系数提高11%。