溴化锂溶液微小液滴绝热吸收水蒸气研究

　　0 前言

　　溴化锂吸收式制冷机可实现对太阳能、地热等可再生能源有效利用,节能环保,是代替电压缩制冷较好制冷方式之一。吸收式制冷替代电压缩制冷关键技术在于实现其小型风冷化,而实现小型风冷化所解决首要技术问题就是要如何缩小吸收制冷机的关键部件吸收器体积。传统吸收器多为风冷管内降膜吸收器,这种吸收器不足在于溴化锂溶液对水蒸气吸收过程传质空间和时间大大受到限制,为获得较大吸收量只能以增大吸收器体积为代价,而绝热吸收器能够实现将溶液对水蒸气吸收的传质传热过程分开进行,在吸收器内绝热吸收过程大大增加传质空间和时间,在风冷冷却器内的传热过程强化也变得容易^[1]。然而,目前有关溴化锂溶液绝热吸收器尺寸设计理论依据研究文献较少。国内外研究者们曾就溴化锂溶液对水蒸气绝热吸收过程进行了理论与实验研究^[1-4]。有关研究表明,喷淋绝热吸收传质系数远大于绝热层流降膜吸收传质系数。在吸收器体积相同时,喷淋绝热吸收所有液滴表面积理论上可达降膜吸收液膜表面积10倍。研究溴化锂溶液液滴绝热吸收过程传热传质特性是寻求溴化锂溶液喷淋绝热吸收器吸收效果强化和吸收器结构尺寸优化设计重要手段和方法。为此,本文建立溴化锂溶液喷淋绝热吸收器的数学模型,并进行数值计算结果理论分析。

　　1 数学模型

　　传统风冷溴化锂吸收制冷循环中吸收器采用风冷式吸收器,这种吸收器特点在于空气在管外流动换热,同时,溴化锂溶液在管内吸收水蒸气,吸收过程中传热传质是同时发生的,这种溴化锂溶液在管内吸收水蒸气过程限制了溶液与水蒸气充分接触的时间和空间,吸收器吸收效果较差,从而造成吸收器和机组体积增加。为了解决这一问题,笔者曾对空气预冷却绝热吸收器进行一定研究^[1-3]。与填料绝热吸收器不同^[2],本文所研究的绝热吸收器内部是空腔,在吸收器顶部布置多个喷头,从喷头处喷出溶液为微小液滴。图1所示为溴化锂溶液微小液滴绝热吸收水蒸气过程。首先是来自发生器的溴化锂浓溶液和来自空气冷却器的溶液混合成中间质量分数溶液进入绝热吸收器内的溶液分布器,在喷头出口形成具有一定速度的微小液滴,然后在下降过程中吸收水蒸气并放出吸收热,液滴直径逐渐增加、温度逐渐升高、质量分数逐渐降低。由于整个吸收过程不与外界换热,所以称为绝热吸收器;吸收热是通过一个直接风冷热交换器排出的,这样达到了绝热吸收过程的传热和传质分开的目的,为吸收传质过程提供足够空间与时间,从而使传质和传热过程可分别得以有效强化,有效缩小吸收器体积,实现机组小型风冷化。