NH3-H2O-LiBr三元混合溶液性能的实验研究

    1 前言

    目前,适用于吸收式循环的工质对中,使用的最多的是氨-水工质对和水-溴化锂工质对。Lena Ahlby和David Hodgett等人的研究[1]表明,对比氨-水和水-溴化锂这两种工质,氨-水有着更好的应用价值,这主要是因为溴化锂溶液较低的蒸发压力使得它的蒸汽容积比较大。但是水-溴化锂系统比氨-水系统效率更高。出于节能降耗和绿色环保的考虑,考虑将这两者混合组成一种三元的NH₃-H₂O-LiBr溶液工质,从而得到包含两者优点,减少其缺点的热力性质。Ralf Peters,Christoph Korinth等人对其作了一部分研究工作[2][3],他们对含有60%溴化锂浓度的该三元溶液的部分物性进行了测量,并将其应用于压缩-吸收式热泵循环进行了性能分析,结果表明,这种三元溶液比氨-水在热泵系统上有更好的性能。

    在吸收式制冷与压缩/吸收式热泵的替代工质研究中,NH₃-H₂O-LiBr三元混合工质是一种新兴的工质对[4],有着较好的应用前景,NH₃-H₂O-LiBr被认为具有比NH₃-H₂O和H₂O-LiBr更好的,更适合吸收式制冷循环的热力性质,但对其热力学特性的测量和认识还比较少。

    本论文通过自行搭建的热物性试验台对NH3-H₂O-LiBr三元溶液工质的热力性质进行了准确测量,从而发现其性质特点,并由其热力学性质特点分析其在实际制冷和热泵系统中的应用前景。

     2 试验装置

    在参阅了国内外许多有关文献的基础上,通过反复论证和计算,建立了NH₃-H₂O-LiBr热力性能试验装置。如图1所示,它由发生器、冷凝器、连接管件、高压阀门、液位观测系统、冷凝水系统,温度控制系统,测量与数据采集系统等部件组成。

    在试验前,把氨、水、溴化锂按1B1B1的比例即各组分都为33.3%的质量浓度充入发生器中。充灌方式为先充入事先计算好的50%质量浓度的溴化锂水溶液,然后再充入氨。充氨时,系统中各阀门打开,以便用氨气对系统中的空气进行吹除,以减少空气对试验结果的影响。发生器置于恒温水槽中,受到恒温水槽的加热。发生器内混合工质逐步达到与恒温水槽温度相平衡的温度上,不再发生大的变动。通过IMP数据采集系统观测混合工质压力状态在一段时间后基本不再变化,而气液相温度也趋于一致时,就可以认为容器内混合工质达到气液相平衡状态,并记录下此时的压力、温度值。然后通过调节恒温水槽的温度,使发生器内混合工质的状态达到一个新的相平衡状态点,并重复上一过程的测量。从而得到混合工质的从室温到80℃温度范围内的相平衡温度、压力物性参数。

    试验中还对混合工质做了冷凝试验,我们先根据测量氨、水、溴化锂混合工质气液相平衡时得到的混合工质压力)温度平衡特性数据,将混合工质加热到其饱和压力高于室温下纯氨的饱和压力的温度上,并保持恒定。然后给冷凝器通以一定温度下的冷却水,由于发生器与冷凝器间的压力差,氨蒸汽会自动从氨蒸汽管路流入冷凝器,在冷凝器内被冷却水冷却成饱和氨液体。当氨液蓄积到一定程度后在压力差的作用下会由氨液回流管回流到发生器,从而完成发生器与冷凝器之间的氨循环。当这一循环状态稳定时,IMP计算机数据采集系统记录下发生器和冷凝器内的温度、压力状态。