溴化锂水溶液绝热吸收过程实验研究

    0 引 言

    吸收式制冷机以热能为驱动能源,是太阳能热利用的有效途径之一,在常规能源缺乏而太阳能丰富的高原、草原或海岛,有着广泛的应用前景。但是,目前的吸收式制冷机大多为水冷结构,风冷型吸收式制冷机迄今还没有成为商品,这严重制约了吸收式制冷机在上述这些缺水场合的应用。此外,要让吸收式制冷机走向家庭,也必须解决吸收制冷的风冷问题。

    与压缩制冷不同,吸收式制冷机有两个部件需要冷却,即冷凝器和蒸发器。由于冷凝器为单一的传热设备,实现风冷非常简单,只要让制冷剂通过管内,管外用套片强化,然后用风机将空气强制通过管外套片就可以了。然而,这一方法不能直接用于吸收器的冷却,原因是吸收器不仅是一个传热部件,而且是一个传质部件。传质过程本身也需要有足够的传质面积。如果采用与冷凝器一样的冷却方法,虽然管外的传热得到强化,但管内的传质却无法强化,吸收效果很差[1~3],这就是吸收制冷的风冷问题迄今没有解决的主要原因。

    为此,本文提出了预冷却绝热吸收的新思路。简述如下(图1):

    在预冷却吸收过程中(图1a),来自吸收器的稀溶液分成两路,一路经热交换器后去发生器,另一路与来自发生器的浓溶液混合后经风冷热交换器(称为预冷却器)冷却降温成过冷溶液后进入吸收器,在吸收器内进行绝热吸收来自蒸发器的水蒸气,本身浓度降低,从而完成吸收过程。在这里,风冷热交换器管内为溶液,管外为套片,风冷效果很好。在吸收器内放置比表面积大的填料,以增加传质面积。蒸气与溶液逆向流动,强化了传质效果。与传统的风冷吸收过程(图1b)比较,其预冷却的吸收过程能够实现传热与传质过程的分离,从而使两者同时得到强化成为可能,解决了传统风冷只能强化传热而不能强化传质的问题。

    由于吸收器的吸收特性直接影响吸收式制冷机的性能,各国学者对传统吸收过程进行了大量的理论和实验研究[4~8]。但迄今为止,绝大部分的实验工作集中在降膜的层流区和一部分波动层流区,而对于雷诺数大于1000的湍流区还很少涉及。此外,绝大多数的实验均采用在吸收管中通冷却水进行冷却,文献中还未见过有关溴化锂水溶液绝热降膜吸收实验的有关报道。预冷却绝热吸收器的关键便是溴化锂溶液的绝热吸收过程,因此本文进行了溴化锂水溶液在湍流状态下绝热吸收水蒸气的实验研究。

    1 实验装置

    本文作者借鉴国内外部分学者的实验经验,设计并加工搭建了一个溴化锂水溶液管外湍流降膜绝热吸收的实验台。实验系统装置的示意图如图2。系统主要部件包括绝热吸收器、水蒸气发生器(相当于蒸发器)、溶液加热器、溶液混合腔、溶液泵、真空泵(图中未画出)以及温度、压力和流量测量系统。