垂直管氨水降膜吸收传质研究

　　吸收式制冷能够利用工业余热和太阳能等低品位能源，契合节能的倡导，其研究和发展也得到越来越多的重视。常用的吸收制冷工质对为LiBr-H₂O和NH₃-H₂O。相比于溴化锂吸收机组，以氨水为工质的吸收机组制冷温度可达到0℃以下，运行时系统处于正压条件，特别氨水系统能够采用风冷冷却^[1-2]，去除水冷冷却塔，可降低系统投资，实现系统小型化，从而解决太阳能驱动的小型家用吸收制冷机所面临的问题^[3]。

　　氨水吸收制冷的COP较低，需要进行系统部件的优化，其中吸收器是影响吸收制冷系统性能的主要部件。垂直管内降膜吸收器是常用的吸收器，降膜式吸收具有传热效率高、传热温差损失小、无静压头引起的沸点升高及物料停留时间短等特点。在典型的氨水管内垂直降膜吸收器中，沿管内壁垂直降下的氨水液膜吸收管内的氨气，释放出大量的热，冷却介质在吸收管外侧带走热量，使得管内的吸收过程持续进行，形成了复杂的传热传质过程。

　　国内外学者对于氨水降膜吸收传热传质过程进行了许多模拟研究。Kim^[4]采用连续性方程，动量方程，能量方程和扩散方程分析氨水降膜吸收过程，研究了气流方向、氨水浓度、氨气浓度和外部冷却对吸收过程的影响。Goel和Goswami^[5]采用双膜模型模拟了平板吸收器在平板外侧水冷情况下氨水逆流吸收的传热传质，模型同时考虑了气相侧和液相侧的传质阻力。实验方面的研究工作较少，Kwon^[6]等研究了在螺旋盘管降膜吸收器中氨气流向对吸收传热传质的影响。Kang^[7]等人对平板换热器中氨水降膜顺流吸收进行了实验研究，并拟合出Nusselt和Sherwood的关系式。同时他们还进行了鼓泡吸收的实验，得到了其传质关系式^[8]。

　　国内外研究者在对氨水吸收过程的研究中，吸收过程均伴随外部冷却，带走吸收产生的热量，传热和传质过程相互耦合，这里对氨水垂直光管降膜吸收的传质研究主要从绝热吸收的角度入手，对绝热吸收情况进行模拟和实验，将模拟与实验结果比较，集中研究吸收过程中的传质特性，特别是过冷度对吸收传质的影响。

　　1 氨水绝热吸收过程模拟

　　在氨水绝热吸收模拟中，稀氨水溶液从上端进入，氨气从下端进入，形成逆流吸收，吸收管外为绝热条件，没有冷却。模拟采用双膜模型^[9]，其主要假设是：1)气、液两相流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，相界面两侧的传质阻力集中于这两个停滞膜内，吸收质以扩散方式通过此二膜层由气相主体进入液相主体;2)在相界面处，气、液两相处于平衡，界面上没有传质阻力;3)在两个停滞膜以外的气、液两相主体中，由于流体充分湍动，不存在浓度梯度，物质组成均匀。