垂直管内TFE/NMP降膜吸收热质传递数值模拟

    符 号

    c—比热,J/(kg•K)

    D—质量扩散系数,m2/s

    g—重力加速度,m/s2

    ha—吸收热,J/kg

    L—吸收管长,m

    m1—界面质量流率,kg/(m2#s)

    m—径向网格数

    n—纵向网格数

    P—界面,kPa

    q1—界面热流率,W/m2

    t—温度,℃

    u—纵向速度,m/s

    v—径向速度,m/s

    x—距入口处纵向距离,m

    Δx—两界面间纵向距离,m

    y—距管内壁径向距离,m

    Δy—相邻两界面间径向距离,m

    α—热扩散率,m/s

    Γ—溶液喷淋密度,kg/(m•s)

    δ—膜厚,m

    λ—导热系数,W/(m•K)

    µ—动力粘度,Pa•s

    ρ—密度,kg/m³

    ω—TFE质量百分比浓度,wt%

    下 标

    0—入口

    a—平均

    ab—吸收

    e—平衡

    in—进口或内部

    out—出口或外部

     s—气液界面

    so—溶液

    t—管壁

    w—冷却

    由于吸收式制冷/热泵系统具有可直接利用热源、运行可靠、对环境无公害等优点,以及1987年以来的各届/蒙特利尔公约0对CFCs和HCFCs制冷剂使用的禁止或限制,使得吸收式制冷/热泵系统在全世界范围内受到欢迎和关注。但是,目前被广泛使用的氨/水和水/溴化锂吸收式制冷系统均存在一定缺陷[1],因此研究和开发新型吸收式制冷/热泵系统显得越来越重要。

    TFE/NMP ( 2, 2, 2 - trifluoroethanol/N -methylpyrolidone)作为一种新型的吸收式制冷工质对其良好的工作特性被研究者所重视[2,3]。但有关吸收式制冷/热泵系统运行中的一个重要环节)))TFE/NMP溶液降膜吸收过程中热、质传递现象极少有人进行研究。文献[4~6]均对垂直管内(或垂直管外或垂直板)H2O/LiBr溶液降膜吸收问题建立了层流吸收物理、数学模型,但这些模型相对实际降膜吸收过程简化较大,忽略液膜厚度变化或横向(或径向)对流项的存在等。为深入了解TFE/NMP降膜吸收过程中的热、质传递机理,本文针对垂直管内TFE/NMP降膜吸收问题进行了理论研究。通过对垂直管内溶液降膜吸收过程特点的分析,建立了TFE/NMP降膜吸收过程中热、质传递相互耦合的物理、数学模型。模型中充分考虑了降膜膜厚的变化,径向对流项对液膜内热、质传递及对气液界面处热量流率与质量流率的影响,并用有限差分法数值方法求解控制微分方程组,得出速度、温度、浓度分布及界面质量和热量流率等参数变化情况。指出在气液界面处,由于吸收TFE蒸气而产生径向速度分量尽管很小,但由它引起的径向对流项对膜内质量传递贡献很大,因而理论模型中不可忽略径向对流项。