双效吸收式制冷系统稳态仿真研究

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    吸收式制冷系统是一种采用非氟利昂制冷剂、使用热能驱动的制冷系统,它不破坏臭氧层,消耗电能少,并能回收低品位热能,在能源与环境日益受到重视的今天被广泛的应用于制冷和空调工程中。而且随着国家/西气东输0政策的开展和实施,直燃式溴化锂吸收式制冷机将会在今后的几十年内得到越来越广泛的应用。

    目前很多吸收式制冷系统制造厂商在设计制冷机时仍然是以经验为主,在新产品开发时仍大量地依赖样机的反复制作与调试,使得产品的设计周期延长,并且影响性能优化。建立准确合理的数学模型,运用计算机进行仿真,并在此基础上实现优化设计的研究方法,由于其快速性、经济性及预测性,并且能减少试验的盲目性,极大地减少研究费用,因此是制冷空调产品设计现代化的发展方向。与压缩式制冷机相比,吸收式制冷机部件更多,其工作过程亦是一个传热和传质同时存在、介质流动方式复杂的过程,系统表现为非线性和强耦合性,导致其系统数学模型更为复杂,仿真难度更大。

    G Grossman[1]依靠各部件的热力学控制方程建立了吸收式制冷机组的稳态仿真模型,但此模型受迭代层数及收敛条件所限,计算效率低,精度不高,故适用范围有限。K E Herold在文献[2]中的描述可认为是最基本的集中参数模型的代表,但它的研究对象仅为一个单效溴化锂系统。KhalidA[3]的研究重点在于对各个部件的特性描述,尤其是吸收器部件,但针对的仍是单效系统。本文以换热器的尺寸及热力学参数、溶液泵的流量、外部热交换器的介质流量等吸收式制冷机的实际结构及运行参数为输入值,以高、低温发生器及高、低温换热器的传热平衡方程为封闭条件,建立的具有四重迭代、采用二分计算法的双效溴化锂吸收式制冷系统的运行仿真模型。

    1 双效吸收式制冷系统工作流程

    吸收式制冷系统根据其不同的制冷剂循环流程,如单效系统、双效系统、三效系统、多效系统,部件个数不同。最常见的双效系统有八个主要部件(如图1所示):高温发生器、低温发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器、节流部件、高温溶液热交换器及低温溶液热交换器。吸收式制冷的流动介质为吸收剂和制冷剂两种组分,以溴化锂吸收式制冷系统为例,吸收剂为溴化锂溶液,制冷剂为水。

    双效吸收式制冷系统工作原理如下:在高压发生器中,稀溶液被高压蒸气加热,在较高压力下产生制冷剂蒸气,并将其引入低压发生器作为热源,加热低压发生器中的稀溶液,使其在冷凝压力下产生制冷剂蒸气。而高、低压发生器中的稀溶液被浓缩成浓溶液分别进入高、低温换热器,加热从吸收器中出来的稀溶液后再进入吸收器中。高压发生器中产生的蒸气,在低压发生器中加热溶液后凝结成冷剂水,经节流后闪发的蒸气和低压发生器中产生的蒸气一起进入冷凝器内凝结成水。冷凝器中的冷剂水经节流后进入蒸发器,在低压下进行蒸发,带走冷冻水热量,达到制冷的目的。吸收器中的浓溶液在吸收蒸发器中产生的低压蒸气后成为稀溶液,分别进入高、低温换热器。