太陽能氣泡泵制冷機(jī)管理論文

1、太陽能氣泡泵制冷機(jī)管理論文 摘要：本文確定了設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)下小型太陽能氣泡泵吸收式制冷機(jī)制冷循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)，進(jìn)行了發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器的熱負(fù)荷計(jì)算和加熱熱水、冷水、冷卻水、稀溶液等循環(huán)介質(zhì)的流量計(jì)算。進(jìn)行了發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器、溶液熱交換器等換熱設(shè)備所需的傳熱面積計(jì)算。根據(jù)求得的傳熱面積確定了各換熱設(shè)備的傳熱管數(shù)，計(jì)算了熱水進(jìn)出口配管、冷卻水進(jìn)口配管、冷媒水進(jìn)口配管的內(nèi)徑尺寸，為開發(fā)小型吸收式制冷機(jī)提供了一定的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：太陽能氣泡泵吸收式制冷機(jī)傳熱計(jì)算 1簡(jiǎn)介 太陽能吸收式空調(diào)在我國目前應(yīng)用很廣泛。它將常規(guī)的溴化鋰或氨水吸收式空調(diào)與太陽能熱水

2、相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)夏季空調(diào)、冬季供熱或全年供熱水功能。雖然吸收式空調(diào)采用溴化鋰制冷機(jī)方案技術(shù)已相對(duì)成熟，但系統(tǒng)成本若不能大幅度降低，推廣前景并不樂觀。日本矢崎株式會(huì)社已商品化生產(chǎn)小型無泵循環(huán)溴化鋰制冷機(jī)，有制冷量4000w到174000w系列產(chǎn)品。我國尚未實(shí)現(xiàn)小功率溴化鋰制冷機(jī)生產(chǎn)，現(xiàn)有的廠家生產(chǎn)成本過高，功率偏大，同時(shí)輔助熱源又不可缺少，管理難度大。因此，開發(fā)生產(chǎn)低成本的系列制冷機(jī)，如無泵溴化鋰制冷機(jī)、小型氨水制冷機(jī)及其循環(huán)泵等，并實(shí)現(xiàn)其商品化生產(chǎn)已成為當(dāng)務(wù)之急。 圖1是小型太陽能吸收式制冷機(jī)組成的太陽能空調(diào)和供熱系統(tǒng)的原理圖。本系統(tǒng)主要有太陽能集熱器、蓄熱槽、輔助熱源、熱水型吸收式制冷機(jī)、冷卻塔

3、、空調(diào)器和控制系統(tǒng)等組成。 圖1小型太陽能空調(diào)、供熱系統(tǒng) 太陽能吸收式制冷機(jī)的加熱熱源是7595的熱水。熱水在發(fā)生器管中作強(qiáng)制對(duì)流換熱，加熱溶液產(chǎn)生蒸汽，一般設(shè)計(jì)成單效。該機(jī)無溶液泵與冷劑泵，溶液的循環(huán)靠氣泡泵來實(shí)現(xiàn)。 2熱力計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)：吸收式制冷機(jī)額定制冷量為2.0；經(jīng)蒸發(fā)器的冷凍水進(jìn)口溫度12.015.0、出口溫度9.011.0；經(jīng)吸收器或冷凝器的冷卻水進(jìn)口溫度30.032.0，出口溫度34.038.0；加熱熱水溫度75.090.0。 2.1設(shè)計(jì)工況計(jì)算 取冷凍水進(jìn)口溫度14，冷凍水出口溫度9；冷卻水進(jìn)口溫度29.5，冷卻水出口溫度34.5；加熱熱水進(jìn)口溫度，加熱熱水出口溫度。 2

4、.2選定設(shè)計(jì)參數(shù) 圖2單效吸收式制冷循環(huán)h- 假定不考慮的影響。 蒸發(fā)溫度7，則蒸發(fā)壓力1001pa； 吸收器壓力，取80pa，則920pa； 冷凝器和吸收器的冷卻水用并流動(dòng)方式，冷凝溫度38.0，冷凝壓力5631pa； 發(fā)生器出口濃溶液溫度82.0； 吸收器出口稀溶液溫度38.0； 根據(jù)壓力，和溫度，在圖上查得：56，60，可得4.0。 溶液熱交換器出口濃溶液溫度，取17，則55。由60，查溴化鋰溶液的結(jié)晶曲線，其結(jié)晶溫度約為39。55-3916，因此選取17是可行的。由得 式中，可得kj/kg，則62。 2.3各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)值 根據(jù)上述所選取的參數(shù)，可確定制冷循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)的比焓值以及溫度、

5、壓力和質(zhì)量分?jǐn)?shù)。循環(huán)中各狀態(tài)點(diǎn)號(hào)見圖2。各狀點(diǎn)參數(shù)值見表1。 2.4各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算 各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算見表2。 由蒸發(fā)器的單位熱負(fù)荷，可求得冷劑水的循環(huán)量：kg/h 熱平衡計(jì)算得：5471.83kj/kg，5471.87kj/kg相差很小，熱平衡。 熱力系數(shù)計(jì)算： 表1各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)表序號(hào) 名稱 狀態(tài)點(diǎn) 比焓值（kj/kg） 溫度（） 壓力（pa） 質(zhì)量分?jǐn)?shù)（） 1 蒸發(fā)器出口冷劑蒸汽 1 2933.84 7 1001 2 蒸發(fā)器中冷劑水 1 448.46 7 1001 3 吸收器出口稀溶液 2 255.59 38 920 56 4 冷凝器出口冷劑水 3 578.14 38 5631

6、 5 冷凝器進(jìn)口冷劑蒸汽 3 2990.40 79 5631 6 發(fā)生器出口濃溶液 4 326.82 82 5631 60 7 發(fā)生器中開始沸騰溶液 5 317.60 72 5631 56 8 吸收器進(jìn)口濃溶液 6 272.35 47 920 60 9 溶液熱交換器出口稀溶液 7 293.65 62 56 10 溶液熱交換器出口濃溶液 8 282.83 55 60 表2各換熱設(shè)備的熱負(fù)荷計(jì)算表設(shè)備名稱 單位熱負(fù)荷計(jì)算公式 單位熱負(fù)荷（kj/kg） 熱負(fù)荷計(jì)算公式 熱負(fù)荷值（kw） 發(fā)生器 3116.13 2.65 冷凝器 2412.26 2.05 蒸發(fā)器 2355.70 2.60 吸收器 30

7、59.61 2.00 溶液熱交換器 615.9 0.52 2.5各工作介質(zhì)的流量計(jì)算 2.5.1加熱熱水流量 加熱水的溫度從86降到80，則產(chǎn)生單位冷劑蒸汽的加熱量為：25.20kj/kg，考慮15的熱損失裕量，則加熱熱水量435.4kg/h 2.5.2冷水量 0.35 2.5.3冷卻水量 冷卻水帶走的熱量為：4.05kw 冷卻水量為：0.697 2.5.4稀溶液循環(huán)量 0.028 3傳熱面積計(jì)算 3.1k值的選取 傳熱管的材料，除發(fā)生器采用不銹鋼管外，其余換熱設(shè)備均采用紫銅管。 對(duì)于發(fā)生器采用整體軋制低翅片管，其傳熱系數(shù)可以達(dá)到13001600，這里取為1300。由于冷凝器的傳熱系數(shù)比較高，

8、在機(jī)組中占的空間也較小，相對(duì)而言強(qiáng)化傳熱的要求就不迫切。采用光管時(shí)的傳熱系數(shù)就可達(dá)41005200，本文取為4500。蒸發(fā)器采用噴淋形式，因此噴淋密度，噴淋方式對(duì)傳熱性能有較大的影響。以銅管為傳熱管的蒸發(fā)器，傳熱系數(shù)的值一般在22002500之間，這里取=2300。 對(duì)于吸收器采用目前國內(nèi)使用較多的f管，也稱為斜槽管，在合適的運(yùn)行條件及造作參數(shù)下，f管的傳熱系數(shù)可達(dá)1500，但是f管易出現(xiàn)冷量衰減的情況。這里取1200。對(duì)于溶液熱交換器，設(shè)計(jì)流速為0.40.5m/s時(shí)，傳熱系數(shù)可達(dá)450580，這里取580。 3.2傳熱系數(shù)校核 傳熱系數(shù)可用下式校核： 式中：以原管外表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)，；

9、 、管內(nèi)、外表面換熱系數(shù)，； 、管內(nèi)、外表面單位面積上的污垢熱阻，； 、圓內(nèi)、管外徑，m； 圓管材料的熱導(dǎo)系數(shù)，。 計(jì)算傳熱系數(shù)的關(guān)鍵在于如何求得圓管內(nèi)、外兩側(cè)的表面換熱系數(shù)。對(duì)于發(fā)生器，以熱水為熱源，可按下式計(jì)算管內(nèi)對(duì)流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)： 式中：傳熱管內(nèi)熱水的流速，； 熱水在進(jìn)出口平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)，； 熱水在進(jìn)出口平均溫度下的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，； 熱水在進(jìn)出口平均溫度下的普朗特?cái)?shù)。 發(fā)生器中溴化鋰溶液在管外沸騰，對(duì)于噴淋式發(fā)生器，可用下式估算： 式中是噴淋密度，試驗(yàn)范圍為0.0220.035。文中，設(shè)2，0.015m，0.016m，0.0001，0.00008，紫銅管550.94，0.676，0

10、.353，2.13，0.028，把上述值代入式（3.2.1）、(3.2.2)、(3.3.3)中可得1305，所選值合適。 3.3傳熱面積計(jì)算 各設(shè)備傳熱面積計(jì)算見表3。 表3制冷機(jī)各設(shè)備所需的傳熱面積設(shè)備名稱 傳熱系數(shù)(w/m2k) 計(jì)算公式 傳熱外表面積（） 冷凝器 4500 0.087 蒸發(fā)器 2300 0.268 發(fā)生器 1300 0.476 吸收器 1200 0.237 溶液 熱交換器 580 0.048 4結(jié)構(gòu)計(jì)算 設(shè)計(jì)太陽能吸收式制冷機(jī)，還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算。結(jié)構(gòu)計(jì)算的內(nèi)容包括：各換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸，配管大小，傳熱管的數(shù)量，工作介質(zhì)在系統(tǒng)中的流速，阻力損失，主要零部件強(qiáng)度剛度和溫差熱力

11、計(jì)算以及溴化鋰溶液需要量的估算等。 4.1各換熱設(shè)備傳熱管數(shù)n的計(jì)算 根據(jù)求得的傳熱面積用下式確定傳熱管數(shù)： 式中：換熱設(shè)備所需總管子數(shù)； 換熱設(shè)備傳熱面積； 傳熱管的有效長(zhǎng)度(m)； 傳熱管外徑（m）。 各換熱設(shè)備傳熱管數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4。 表4各換熱設(shè)備傳熱管數(shù)計(jì)算設(shè)備 傳熱管外徑（m） 傳熱管有效長(zhǎng)度（m） 所需總管子根數(shù) 冷凝器 0.016 0.43 4 蒸發(fā)器 0.016 0.44 12 發(fā)生器 0.016 0.80 12 吸收器 0.016 0.40 12 溶液熱交換器 0.010 0.38 4 4.2配管尺寸計(jì)算 配管尺寸由下式計(jì)算： 式中：配管內(nèi)徑（m）； 配管中介質(zhì)流速。 水在配管中的流速一般為1.53.0m/s。 由于熱水流量較小，可以取更小值。這里取加熱熱水配管流速1.0m/s.則熱水進(jìn)出口配管內(nèi)徑為0.012m。 取冷卻水進(jìn)口配管流速1.5m/s。計(jì)算得配管內(nèi)徑為0.013m。 取冷媒水進(jìn)口配管流速1m/s。計(jì)算得冷媒水進(jìn)口配管內(nèi)徑為0.011m。 5總結(jié) 溴化鋰吸收式制冷機(jī)在不同的熱源溫度下工作。隨著熱水溫度的降低，發(fā)生器溫度和溶液循環(huán)量隨之減少，熱水溫度對(duì)制冷量的影響較大，因此存在最適宜的集熱溫度，目前該溫度一般為8090。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)酌情考慮提高冷媒水出口溫度，降低冷去水進(jìn)出口溫度。優(yōu)化設(shè)計(jì)及變工況條件下最佳運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整越來越要求利用計(jì)