减压发生喷射吸收复合制冷原理与经济分析

    1 前言

    自1990年Komhauser提出压缩/喷射制冷循环系统以来,国内外有许多专家学者相继提出各类制冷技术和喷射式循环相结合的技术,研发更经济更节能的制冷工艺流程和具有实际推广价值的制冷新技术。

    在这方面我国相关科技工作者也做了大量的探究工作。如西安交通大学顾北林、郁永章首先提出吸收)喷射复合制冷循环;西安交大吴江涛、刘志刚等的/新型蒸气压缩/喷射制冷循环的热力学分析0;陈华、鱼剑琳等的/一种新型的喷射制冷循环的理论分析0;天津大学孙洲阳、涂光备等的/复合喷射制冷循环及其新技术0;马利蓉、马一太、管海清的/CO₂-NH₃压缩/喷射复叠循环理论研究0;安徽工业大学程波、杜垲的/双级喷射热泵与吸收式制冷的复合循环0;东南大学殷勇高、张小松的/氨水喷射-吸收式制冷循环的研究0等等,这些专家学者们从不同的角度研究了各类喷射式循环制冷技术的技术特性和经济特性,取得了相应的技术成果。但这些研究尚不具备重大实用性的突破。

    对于不采用气体喷射器,仅采用液体喷射器的吸收/喷射复合制冷循环的研究,有着重大的突破意义。已在化工领域里得到很好应用的传质传热设备)射流泵,同样能在制冷循环中得到很好的应用,因为制冷流程实际上也是一种传质传热过程。这种液体喷射泵在传输液质时不如离心泵,显得效能低下,但用于传输制冷剂时,却是任何压缩机(包括离心压缩机)输送泵都无法比拟的。在同功耗同压缩比的情况下,它的输气能力是压缩机的许多倍。

    2  喷射吸收机理与射流泵特性

    为了提高吸收的能力,最有效的办法是增加相际接触面积,但靠增大吸收器的体积来达到此目的显然是不经济的,最有效的办法是提高吸收液的湍流强度,采用喷射吸收能有效提高这一强度。喷射吸收最直接的作用是它的卷吸效应,而卷吸效应产生的根本原因是射流所造成的剪切层,由于剪切层自然不稳定性的迅速增长,形成涡流。正是由于涡旋,导致射流对周围流体的卷吸。

    从喷射机理上看,喷射吸收装置可以使液气充分接触,是一种很好的混合设备,尤其可以适用于化工领域的液气快速反应。用于制冷设备流程里也很适宜。其气体吸收效率,可参看它的一种建立在试验基础上估算快速反应情况下的气液接触面积所得到的传质通量(气体吸收量)[1] 

    式中:J_A—传质通量;C*—相际浓度;KΓ—反应速率常数;D_A—扩散系数;

    采用相对传质数研究时, Dirix的研究认为[2],相对传质数在气液比一定下与喷嘴雷诺数的平方成正比。在气液比不超过3时,体积传质系数K_La与含气率无关,所得到的相对传质数经验公式如下: