垂直管内TFE/NMP降膜吸收过程中热质传递试验研究

    符号说明

    A—吸收管内表面积, m²;

    cp—定压比热容, J/(kg•K);

    d—直径, m;

    de—当量直径, m;

    h—比焓, J/kg;

    Km—传质系数, kg/(m²•s);

    L—长度, m;

    m—质量流量, kg/s;

    Δm—质量差, kg/s;

    Nu0—充分发展时努谢尔数;

    Nui—努谢尔数;

    Pr—普朗特数;

    Prw—壁温下的普朗特数;

    pv—系统压力, kPa;

    Q—热流量, W;

    Re—雷诺数;

    t—温度,℃;

    Δt—温度差,℃;

    U—总传热系数, W/ (m2•℃);

    V—体积流量, l/min;

    x—质量百分比浓度, wt%;

    Δx—质量百分比浓度差, wt%;

    希腊字母

    µ—动力黏度, kg/(m•s);

    υ—运动黏度, m2/s;

    λ—导热系数, W/ (m•℃);

    α—对流换热系数, W/ (m²•℃);

    下标

    a—吸收管;

    cop—铜管;

    cw—冷却水;

    e—气液平衡状态;

    eff—有效(长度);

    in—入口或内侧。

    log, mean—对数平均;

    out—出口或外侧;

    s—吸收溶液;

    total—总量;

    v—蒸气;

    0  前 言

    由于吸收式制冷/热泵系统具有可直接利用热源,运行可靠,工质对环境无公害等优点,以及1987年以来加快了禁止或限制使用CFCs和HCFCs制冷剂的步伐,因此,研究开发新型吸收式制冷系统愈来愈受到国际制冷界的重视。目前所使用的氨/水和水/溴化锂吸收式制冷系统均具有一定的缺陷:一方面,氨/水吸收式制冷系统中的氨有刺激性和毒性,且工作压力较高,一旦发生泄漏事故易对人身造成伤害;另一方面,水/溴化锂吸收式制冷系统不能制取0bC以下低温,溶液循环受结晶线的限制,而且锂溶液对常用金属有腐蚀性[1]。因此,采用新型制冷工质的吸收式制冷/热泵系统研究与开发是国际制冷行业所关注的重点之一。

    根据已发表的文献[2~4]可知,有若干种新型制冷工质对可以用于吸收式制冷/热泵系统,其中TFE/NMP工质对工业应用前景看好。作为制冷剂的TFE工质在真空条件下工作,安全性好;制冷温度范围广,最低制冷温度可达-27℃;热化学稳定性好;对常用金属不腐蚀;不易燃烧、毒性不大以及系统运行COP值高等优点。尽管目前对TFE/NMP热物性参数测量及以此为工质的吸收式制冷/热泵循环做了大量研究工作,但对吸收式制冷/热泵系统的主要部件,尤其是核心件)))吸收器内传热质过程的研究并不充分,因而影响了以TFE/NMP为工质的吸收式制冷/热泵系统应用的步伐。吸收器内的热、质传递是一复杂过程,二者相互耦合。近30年来,有关吸收器传热、传质方面的研究已有很多报道,但基本是关于NH₃/H₂O或H₂O/LiBr在水平或垂直管外降膜吸收试验或模型方面的研究[5~7]。为了研究垂直管内TFE/NMP降膜吸收规律,在国家自然科学基金的资助下,建立了相应的试验装置,研究、分析垂直管内TFE/NMP降膜吸收过程中的热、质传递规律。