超声波对吸收式制冷强化传质的影响

　　随着能源问题的日益突出，以太阳能为代表的新能源应用越来越受到重视. 太阳能吸收式制冷空调具有季节适应性好、能以太阳能热水为驱动等优点，是一种环境友好的制冷方式，发展潜力很大^[1-3].由于现有吸收式制冷空调对驱动热源的温度要求比较高，使得常用的低温位太阳能热水无法直接驱动机组高效工作. 吸收式制冷空调相比压缩式空调存在能效比(COP) 相对较低、机组体积较大、前期投入成本较高等不足，这些不足制约着太阳能空调的普及和推广^[3-4]. 为了解决这一难题，研究人员主要从3 个方面进行了研究: 一是为了提高驱动热水的品质而对太阳能集热器的研究^[5-7]; 二是对改善吸收式制冷循环的研究^[8-9]; 三是提高吸收式制冷空调强化传热传质的研究^[10-11]. 对于吸收式制冷空调传质过程来说，发生器是影响传质效能的关键所在，通过传热强化促进发生器中冷剂水的传质过程是提高吸收式制冷空调性能的一种有效的方法.

　　超声波强化传热是一种主动式强化传热技术，对低温差传热有较强的促进作用，在较低过热度下对传热过程有明显的增强作用，适宜应用在低温热源驱动的吸收式制冷空调中.Lemlihc 等^[12]早在1961 年就将超声波应用于受迫对流传热过程中，发现超声振动可强化受迫对流传热，其传热强化率在51% 以上. Begrels^[13]应用可产生空化效应的超声波发生器对受迫对流传热进行了研究，发现对于单相对流传热而言，流体振动对壁面没有影响; 而当温度升高到一定值后，流体振动显著增加了传热能力.Bergles 等^[14]还就高强度超声振动对管内水的流动传热进行了研究，发现在一定频率的超声振动下，传热强化与否主要取决于液体流动状态和液体真空程度.Nomura 等^[15]在研究超声振动对自然对流换热的影响时发现，当超声换能器与传热面距离为15mm时，声空化强化自然对流换热的强化率高达300%，且超声换能器处于传热面下方时的强化传热效果最佳.Carlo等^[16-17]对超声波在过冷沸腾和饱和池沸腾下的强化传热问题进行了实验研究，通过电加热水来测定超声波强化传热过程，研究表明超声波在过冷沸腾阶段对传热过程有明显的增强作用，其传热系数相对于不使用超声波的情况增强了50% 左右. 以上研究均证明了超声波在强化传热中的有效性和可行性，在吸收式制冷循环中，利用超声波强化发生器内的溴化锂溶液冷剂水传质过程，对提高太阳能空调工作效率具有现实意义，但其影响机理却鲜有报道.

　　目前，以溴化锂溶液为工质的太阳能吸收式制冷空调应用最为广泛，文中针对太阳能吸收式制冷空调中溴化锂溶液在低温热源加热下的蒸发问题，提出将主动式的超声波强化传热传质方法应用于吸收式制冷空调发生器中，通过超声波对溶液的传热强化作用来促进冷剂水的传质过程，并重点研究了超声波对溴化锂溶液传热和冷剂水的传质过程的作用机理.