气流旋转对氨鼓泡吸收特性的影响

　　吸收器是吸收式制冷机的关键部件。强化吸收效果对于改善制冷机的性能至关重要。强化吸收效果通常有两种方式：1)采用更合理的吸收方式，相对于降膜吸收，鼓泡吸收由于具有更大的吸收面积、更好的溶液混合等优点，可能具有更好的吸收效果^[1];2)改善吸收状态，对于溴化锂溶液而言，添加表面剂，通过在吸收的气液界面处引发马拉戈尼对流来强化吸收效果，是一种常用的方法，很多研究者对其强化机理、强化效果等方面进行了详细研究^[2-4]，对于氨水降膜吸收，相关的研究工作也已经开始展开^[5,6]。

　　对于氨水鼓泡吸收，已有公开发表的相关文献^[7]。对于氨水鼓泡吸收过程中的一些动力学特性也进行了初步研究^[8,9];其中文献^[9]利用实验方法发现表面活性剂正辛醇和异辛醇对氨水鼓泡吸收也具有强化作用。

　　提出了一种强化氨水鼓泡吸收的新方法，即通过使进入吸收溶液的氨气流产生旋转，来强化氨水鼓泡吸收的吸收效果。重点在于通过可视化实验来研究气流旋转对氨水鼓泡吸收的最大气泡体积、气泡数、吸收高度以及舍伍德数等吸收特性的影响。

　　1 实验装置和实验条件

　　氨水鼓泡吸收的实验装置如图1所示。一个由内径为80mm的透明有机玻璃制成的密封容器中装有吸收液，储存在钢瓶中的高压氨气经减压后从位于容器下部的不锈钢喷嘴进入容器，在喷口形成氨气泡。氨气泡在溶液中的形成、脱离、上升过程被1000幅/秒的高速摄像装置全程记录。进入溶液的氨气流量由浮子流量计测量。

　　实验中，通过在喷嘴内壁嵌上螺旋丝来使进入溶液的气流产生旋转，其几何参数为：螺距2.2mm，匝数11，丝直径0.4mm。实验中氨水溶液采用蒸馏水和浓氨水溶液按照一定比例配制而成。其它实验条件如表1所示。

　　2 结果分析

　　图2和图3分别给出了没有加螺旋丝和加有螺旋丝这两种情况下的单个气泡吸收过程的形状照片。从图中可看出，对于这两种情况，气泡在溶液中的吸收过程都可分为形成阶段和上升阶段，而形成阶段又可分为生长阶段和脱离阶段。以图2为例：氨气气流通过喷嘴进入吸收溶液，在喷嘴口形成一个半椭球型的气泡。在气泡的生长阶段(图1~图5)，气泡附着在喷嘴管口不断长大，生长阶段的最终气泡体积被定义为最大气泡体积。在气泡的脱离阶段(图6~图13)，气泡开始向上运动，但仍通过一个近似圆柱形的气颈与喷嘴连接，随着气泡的上升，气颈被不断拉长并最终断裂。在气泡的上升阶段(图14~图16)，气泡在溶液中上升，气泡体积不断减小，最终被溶液完全吸收，此时，气泡消失的位置到喷嘴口的竖直距离被定义为气泡最大高度。比较图3和图2可以发现，加有螺旋丝以后，气泡的整个吸收过程和没有加螺旋丝相似，但是，气泡在形成阶段出现了明显的旋转，而这种旋转随着气泡的长大而逐渐衰弱，当气泡从喷口脱离时，则旋转基本消失。