磁场强化氨水吸收的理论分析

　　0引言

　　能源枯竭和环境污染问题严重威胁人类的生存和发展，而吸收式制冷因其节能环保的优势而越来越受到重视。但是传统的氨水吸收系统设备庞大、热力系数低，影响了其在实际应用中的推广。所以强化吸收器中的氨气吸收过程，增强吸收中的传热传质，是提高氨水吸收式制冷循环性能、实现设备小型化和拓宽应用的有效途径。

　　国内外关于强化吸收器吸收过程传热传质的研究，大体上分三个方面^[1]：

　　1)改进设备结构，从而改善两相流动和接触;

　　2)引入外加添加剂(即表面活性剂和具有活性的分散微细小粒子)对气体吸收过程产生影响;

　　3)施加一定的外力或场(如磁场、电场、超声场、激光等)，改变体系内其中一种或几种组分的物理性质来增大吸收的推动力或减小吸收的阻力，强化组分的吸收和分离。

　　由于热质传递机理理论研究的不成熟、传热传质现象的复杂性和耦合性，我们必须对其作更深入的研究，以拓宽讨论范围，寻找强化该过程传热传质的新途径。从查阅文献来看，国内外对施加外场强化吸收传热传质的研究还很少，本文从这方面入手，寻求有效强化吸收过程传热传质的手段。

　　1磁场强化氨水吸收

　　国内外学者的初步研究表明，外加磁场作用于水或水合溶液时，会改变水分子的结构，会影响溶液的物理化学性质^[2~4]，一般认为经过磁场处理的溶液表面张力呈下降趋势^[5，9]，而磁场处理水的溶解能力会增加^[10~12]。

　　Holysz 等人研究了碳酸盐溶液在磁场作用下相关性质的变化^[9]，研究结果显示：碳酸钠水溶液无论在S-S 磁场还是NS 磁场作用下，其表面张力都有所下降。1998 年马伟等人研究了磁场强化溶液蒸发的效果及机理[5]，用实验的方法表明在磁场作用下，溶液的表面张力下降，从而降低了成核势垒，促进了液体内部的能量交换。1999 年，朱元保等人发现^[10]，蒸馏水经磁场处理后，对氧气和难溶解盐的溶解都有所增强。2001年，李冠成等提出^[4]，磁场处理水对盐的溶解度有所增大，某些气体在磁场处理水中的溶解度也增大。基于上述的考虑，本课题提出对氨水吸收制冷的吸收过程施加一定强度的外加磁场，在磁场、浓度场、温度场、速度场等多场耦合的共同作用下，改变氨水吸收溶液的表面物理特性，使得氨蒸汽透过气液分界面及液面的阻力减少，从而达到强化吸收、提高循环性能系数以及使吸收设备小型化的目的。

　　对于本课题的研究，我们已经作了相关的理论研究。目前已经对在磁场条件下的氨水降膜吸收建立了物理模型和数学模型，通过对模型的数值求解，模拟结果显示磁场对氨水降膜吸收有一定的强化作用。本文将从三膜传质模型和“场协同”原理两方面分析磁场强化氨水吸收的可能性，并找出影响磁场强化氨水吸收的相关因素。磁场强化氨水吸收是一个新构思，对其研究还处于初步阶段，有必要对其作深入研究，从而对强化传热传质获得方向性的指导，以上升更高的理论层次。