热管式吸收器传热传质的实验研究

　　0 引言

　　在能源危机日益严重的当今社会，升温型吸收式热泵因其具有直接利用低品位热源回收热量，且无“三废排放”，运行可靠，能耗低等诸多优点得到了非常广泛的关注. 然而由于热泵系统中的主要部件吸收器存在传热传质效果不佳的问题，导致系统结构庞大，性能系数较低，严重阻碍了升温型吸收式热泵在工业中的应用. 吸收式热泵系统中的关键设备通常采用立式换热器，其中吸收器还多采用竖直管外降膜吸收的方式. 浓溶液通过液体分布器在管外形成液膜，在下降的过程中吸收来自蒸发器的工质水蒸气并放出热量，直至达到平衡状态. 吸收器中的吸收过程是一个传热传质相互耦合的过程. 由于溴化锂( LiBr) 溶液吸收水蒸气是一个强放热过程，过高的温度会严重阻碍吸收过程的进行，如何快速地导出吸收热，促进吸收是国内外研究的重点，其中采用各种强化手段来强化热质传递过程的研究较为突出[1-4].

　　热管是一种高效传热元件，不仅价格低廉而且拥有良好的导热能力、极高的等温性和热流密度可调性，所以被广泛应用于众多工业领域. 杨景昌[5]等对热管应用于热泵吸收器进行了数值模拟.而具有横纹沟槽的横纹槽管在降膜过程中使降膜层流底层更易于剥离，减薄了边界层厚度，增加了流体边界层的扰动，有利于传热传质的进行[6].本实验采用竖直热虹吸管进行 LiBr 溶液降膜吸收水蒸气的实验，并对表面光滑和带横纹沟槽的热管传热传质性能做了对比，考察热管在吸收式热泵吸收器中应用的可能性，并对不同规格的横纹槽管的强化传热传质的情况进行了研究.实验结果表明，热管能够迅速的导出吸收过程产生的热量，有效地促进了传质过程的进行. 而横纹槽热管也对降膜吸收起到了一定的强化作用，并对横纹管参数的优化设计提供了一定的参考价值.

　　1 实验流程及方法

　　考虑到吸收过程的连续性，实验选择在完整的吸收式热泵系统中进行，实验流程如图1所示.

　　图2 是热管式吸收器示意图. 系统采用铜-康铜热电偶测定温度，吸收器中有T1～T55个温度数据采集点，其中T1为冷剂水蒸气温度;T2和T3分别为冷却水进、出口温度，T4和T5分别为LiBr 溶液进、出口温度. 在T4和T5处有LiBr 溶液取样口，取样后的LiBr 溶液通过比重法测定其质量分数.

　　为得到降膜传热传质情况随LiBr溶液喷淋密度的变化关系，实验中首先恒定热管冷凝段循环水流量，再调节LiBr 溶液流量，最后在不同真空度下保持热泵系统稳定. 实验所用热管由外径20mm、壁厚2mm、长1500mm 的紫铜管加工而成，热管的蒸发段长度和冷凝段长度分别为900mm和600 mm. 实验时重复对比测试6根不同尺寸规格的横纹槽热管和光管. 横纹管参数见表1所示.