溴化鋰吸收式制冷中膜蓄能器傳熱傳質(zhì)特性分析

李賽男

【摘 要】太陽(yáng)能的低能量密度，使得防止熱驅(qū)動(dòng)的制冷系統(tǒng)中任何熱損失都顯得有價(jià)值，濃度差蓄能是一種有效蓄能方式。針對(duì)普通溴化鋰濃度差蓄能器中溶液易結(jié)晶的問題，提出膜蓄能器的解決方法，研究其傳熱傳質(zhì)特性，分析了吸收水蒸氣后溴化鋰溶液溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】溴化鋰吸收式制冷；纖維膜；傳熱傳質(zhì)

0 前言

傳統(tǒng)的吸收式制冷一般以燃油或燃?xì)鉃閯?dòng)力，不僅消耗大量不可再生資源，而且礦物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的硫化物和氮化物還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染[1]。近年來發(fā)展的太陽(yáng)能制冷技術(shù)，能夠緩解能源短缺和環(huán)境問題，降低常規(guī)制冷方式帶來的巨大能源消耗，符合我國(guó)節(jié)能減排的基本政策，成為了具有發(fā)展?jié)摿Φ闹评浼夹g(shù)。目前利用太陽(yáng)能制冷方式中，太陽(yáng)能溴化鋰吸收式制冷效率較高，是應(yīng)用太陽(yáng)能制冷最成功的方式之一[2]。但由于太陽(yáng)能存在能流密度低、間斷性及不穩(wěn)定性的局限性，使得大規(guī)模應(yīng)用增加了難度，如若成為與常規(guī)能源相競(jìng)爭(zhēng)的替代能源，就得很好地解決蓄能問題。

針對(duì)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)中不穩(wěn)定熱源與相對(duì)穩(wěn)定冷負(fù)荷之間相互矛盾的問題，并考慮到溴化鋰溶液易結(jié)晶的弊端，提出膜蓄能器基本構(gòu)想，并建立了傳熱傳質(zhì)數(shù)學(xué)模型分析其特性。

2 結(jié)果及分析

通過MATLAB對(duì)上述方程組進(jìn)行求解，得到溶液溫度變化如圖1所示。

圖1 溴化鋰溶液溫度與時(shí)間的變化關(guān)系

由圖1可以看到在0-25s內(nèi)溴化鋰溶液溫度與時(shí)間變化趨勢(shì)。溶液溫度隨著時(shí)間的增加而升高，隨著坐標(biāo)r增大而降低，因?yàn)樗魵庾钕缺荒け砻嫔系娜芤何斩懦鰺崃?，同時(shí)溶液導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱量傳遞和水蒸氣擴(kuò)散均需要一定時(shí)間；膜表面處溫度變化率最大。

溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨時(shí)間變化如圖2所示：

圖2 溴化鋰溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與時(shí)間的變化關(guān)系

由圖2可以看到在0-25s內(nèi)溴化鋰溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)與時(shí)間變化趨勢(shì)。溶液濃度隨時(shí)間增加而降低，隨坐標(biāo)r增大而升高，因?yàn)樗魵馐紫缺荒け砻嫔先芤何眨♂屃巳芤海瑫r(shí)溶液分子擴(kuò)散系數(shù)較小，擴(kuò)散傳質(zhì)需要一定時(shí)間；膜表面處質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化率最大。

將溶液初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別設(shè)定0.55、0.60、0.65和0.70后計(jì)算得到溶液溫度和濃度變化如圖3和4所示。

圖3 不同初始條件溶液溫度的變化（下轉(zhuǎn)第159頁(yè)）

（上接第154頁(yè)）

圖4 不同初始條件溶液濃度的變化

由圖3和4中可知溴化鋰溶液在不同初始質(zhì)量分?jǐn)?shù)下溫度和濃度與時(shí)間變化關(guān)系。溶液溫度隨著時(shí)間增加都成遞增趨勢(shì)，濃度隨著時(shí)間增加都成遞減趨勢(shì)。但不同的是，隨著溶液初始濃度降低，溶液溫度和濃度變化率都降低，這是因?yàn)槌跏紳舛鹊慕档蜏p小了膜通量，最終導(dǎo)致溶液溫度和濃度變化率減小。

3 結(jié)論

通過對(duì)一定初始條件的溴化鋰溶液和水蒸氣進(jìn)行模擬計(jì)算，得到溶液溫度和濃度變化關(guān)系如下：

（1）水蒸氣透過膜溶解到溶液中，溶液溫度會(huì)升高，在膜表面處溫度變化率最大；溶液溫度隨坐標(biāo)r增大反而降低。吸收水蒸氣后，溶液濃度會(huì)降低，膜表面處溶液濃度變化率最大；溶液濃度隨坐標(biāo)r增加而升高。

（2）降低溶液初始濃度會(huì)減小溫度和質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化率，對(duì)于濃度越高的溴化鋰溶液，這種新型的膜蓄能器工作效率越高，效果更顯著。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孫小琴，周軍莉，張國(guó)強(qiáng)，張泉.太陽(yáng)能吸收式制冷系統(tǒng)研究進(jìn)展[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2010（03）.

[2]韓崇巍.太陽(yáng)能雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的性能研究[D].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009.

[3]李暢，李保安.減壓膜蒸餾過程模擬及通量強(qiáng)化研究[D].天津：天津大學(xué)，2013.

[4]朱春燕，趙之平，劉殿忠，等.膜蒸餾過程傳遞機(jī)理研究進(jìn)展（Ⅲ）真空膜蒸餾[J]. 膜科學(xué)與技術(shù)，2009，29（6）：99.

[5]童國(guó)柱，李保安.減壓膜蒸餾過程模擬及組件優(yōu)化[D].天津：天津大學(xué)，2011.

[6]高振.真空膜蒸餾傳遞機(jī)理和過程特性研究[D].天津：天津大學(xué)，2003.

[7]Iversen S.B.， Bhatia V K.， Dam—Johansen， K.， Characterization of Micro-porous Membranes for Use in Membrane Contactors[J]. Journal of Membrane Science， 130（1997）：205-217.

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