单压吸收式制冷系统气泡泵理论模型与实验研究

　　单压吸收制冷能够使用低品位热源，是一种有利环保和能源有效利用的技术，具有十分广阔的应用前景。气泡泵是实现单压吸收制冷系统正常运转的关键部件，为单压吸收制冷系统的循环提供动力。因此，气泡泵的性能分析是单压吸收制冷系统的研究重点^[1-4]。

　　空气提升泵与气泡泵的运行原理相似，区别在于空气提升泵的提升管中无相变，而气泡泵存在相变。因此，两者的研究进程可以相互借鉴。1968年，Stenning and Martin^[5]第一次引入两相流基本理论和动量平衡，分析相对小管径、低提升高度的空气提升泵。1986年，Clark and Dabolt^[6]提供了运行在弹状流下空气提升泵的一般设计方程。2001年，White^[7]基于Einstein制冷循环研究了气泡泵性能，指出提升管内的两相流在由弹状流向块状过渡时，气泡泵的输送效率最高。根据两相流理论和实验结果提出了流型从弹状流向块状流转变的准则。国内的研究始于二十世纪九十年代。彭一川等^[8]忽略了局部阻力影响，对不同工况下空气提升泵性能作了详细分析，提出了空气提升泵的性能计算公式，并通过实验验证了理论模型。阙雄才等^[9]应用两相流和溶液热力学的基本理论，对无泵溴化锂吸收式太阳能制冷机的热虹吸泵在绝热弹状流工况下的热虹吸特性进行了研究，提出热虹吸泵的理论模型。薛相美^[10]基于Einsein循环，设计一台气泡泵实验装置，以氨水为工质，研究气泡泵沉浸比、上升管内径和外部加热功率与气泡泵的提升效率(液体流量与气体流量之比)之间的关系并得出相关的性能曲线。

　　然而，针对单压吸收式制冷系统中气泡泵的性能研究较少，气泡泵的理论模型还有待进一步完善。这里以两相流分相模型理论为基础，以饱和水为工质，对单压吸收式制冷系统中气泡泵在绝热弹状流工况下的工作特性进行研究，为这类气泡泵的设计和运行提供了依据。

　　1 理论模型

　　这里所研究的气泡泵如图1所示，以饱和水为工质，主要包括提升管、发生器、低位储液器和气液分离器。系统运行过程中，低位储液器中的100?饱和水，由底部连接管路进入发生器，被发生器底部的外接热源进一步加热，饱和水受热沸腾产生气泡。由于提升管内的气液混合物的密度低于低位储液器中液体的密度，因此产生足够的压力差推动发生器中的液体进入提升管。

　　1.1 理论模型的假设

　　气泡泵内实际的两相流流型可以分为泡状流、弹状流、块状流和环状流。而对于单压吸收式制冷系统，为简化计算，只对常见的弹状流进行理论分析，并作如下假设：