扩散-吸收式制冷系统中发生器的数值研究

　　0 引言

　　扩散-吸收式制冷(DAR)自1926 年由瑞典科学家Platen 和Munters 提出以来得到了极大的发展，与此同时由于其制冷系数较低，限制了其发展，近年来由于能源危机以及环境问题越来越被人民所重视，扩散-吸收式制冷系统重新赢来了发展契机[1]。

　　目前，扩散-吸收式制冷系统已引起了许多国外学者和厂商的关注，我国在这方面也开始了较多的研究。文献[2-4]对DAR 系统的输入功率、发生温度、冷凝温度、COP 等方面进行了实验研究，文献[5,6]对DAR 系统中的热虹吸泵以及蒸发器进行了数值研究，文献[7]对DAR 系统中的吸收器进行了研究。前人的研究大多数都偏重于实验，而通过计算机对制冷系统研究的较少，针对发生器的数值研究却未见报道。对此本文通过数值模拟的方法对扩散-吸收式制冷系统的发生器性能进行研究，并对其结构提出优化方案。这对于提高系统的制冷性能有着重要的意义。

　　1 模型及研究方法

　　1.1 物理模型

　　本文所采用的是热虹吸管外置式发生器，其物理模型如图1 所示，该结构是欧洲市场上扩散-吸收式制冷系统中的典型发生器结构，其中，处于外部的管径最小的是提升管，内部有浓溶液流过，加热元件在管壁外对其进行加热，内部产生沸腾，氨液蒸发，溶液被提升至上端进入管径较大的管路中，氨气向上流动，稀溶液向下流动。这种结构的发生器主要有以下优点：(1)所需要的热源温度较低，由于直接对提升管进行加热，故所需要的温度较低，使其能够利用多种热源进行加热;(2)发生终了时温度较低，有利于驱动制冷系统的运行，并使得制冷系统的启动温度较低。缺点是：(1)发生终了稀溶液的浓度较大，由于该结构的发生器所需的发生温度无需很高，所以发生终了时的稀溶液的温度较低，温度越低水中溶解氨的量越大;(2)加热面积有限，当需要产生较大的蒸汽量时，需并联多根提升管。

　　为减少计算量，在不影响分析结果的情况下，本文只对发生器中的热虹吸管进行数值模拟，其简化结果如图2 所示，其直径分别为D=4mm，D=5mm，D=6mm，高度均为150mm，加热段处于下方，长度为100mm。

　　1.2 基本假设

　　(1)气相和液相氨均为不可压缩流体，所以对每一相的密度均为常数:

　　(2)加热温度不超过100℃，水不会沸腾，产生的蒸汽量较少，所以不考虑有水蒸气产生;

　　(3)系统在运行过程中压力保持不变，所以系统的发生温度可以认为不发生改变。

　　2 数学模型

　　在本文中对气液混合区域采用如下控制方程：