溴化鋰水溶液熱物性參數(shù)的計算與單效熱泵循環(huán)的仿真

0溴化鋰吸收式熱泵的原理能源和環(huán)境的問題已成為世界最大的研究因素之一。隨著人類科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們在節(jié)能環(huán)保方面發(fā)現(xiàn)了更多的設(shè)備。第一類溴化鋰吸收式熱泵是一種靠消耗少量高溫?zé)崮軓牡蜏責(zé)嵩次鼰岵⒅迫〈罅恐袦責(zé)崮艿难b置。這種裝置對環(huán)境零污染,與當(dāng)今環(huán)境友好型,資源節(jié)約型的政策相呼應(yīng),并且由于它具有許多獨特優(yōu)點,近年發(fā)展十分迅速。在提高節(jié)能、高效率利用余熱的背景下,人們對于溴化鋰吸收式熱泵性能的改進(jìn)和研究越來越廣泛,也越來越深入。同時隨著計算機(jī)應(yīng)用和工程數(shù)學(xué)仿真技術(shù)的發(fā)展,使利用數(shù)學(xué)建模技術(shù)來進(jìn)行溴化鋰吸收式熱泵性能的計算機(jī)模擬技術(shù)越來越成熟。本論文基于第一類溴化鋰吸收式熱泵的工作原理,結(jié)合一臺小型溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組,建立了理論模型,并利用計算機(jī)模擬方法,對機(jī)組的特性進(jìn)行了預(yù)測。本論文為溴化鋰吸收式熱泵設(shè)備的計算機(jī)仿真和優(yōu)化設(shè)計提供了有力的工具,為進(jìn)一步利用數(shù)學(xué)和模擬手段深入研究既有溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組性能和新產(chǎn)品的研發(fā)奠定了的基礎(chǔ)。1溴化鋰水溶液熱物性模擬系統(tǒng)程序溴化鋰水溶液的熱物性參數(shù)主要包括:溶液的壓力p,溫度t,比焓h,以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)ξ,密度ρ,質(zhì)量定壓比熱Cp,表面張力σ,熱導(dǎo)率λ,粘度μ等。根據(jù)文獻(xiàn)[1,2]給出的熱物性參數(shù)計算和關(guān)系公式可以進(jìn)行計算機(jī)模擬計算,通過此程序,可以實現(xiàn)輸入其中兩個熱力參數(shù),求得其他參數(shù)的計算。溴化鋰水溶液熱物性模擬主程序流程圖見圖1。溴化鋰水溶液熱物性模擬支程序流程圖見圖2,將運(yùn)行程序后計算出的溴化鋰水溶液的比焓結(jié)果輸入Excel表格,并與文獻(xiàn)值做比較,如表1。從比較結(jié)果可知當(dāng)己知溴化鋰溶液的溫度和濃度時,編程模擬的計算結(jié)果與實驗測得的結(jié)果平均誤差為1.21%,精度較高。2冷劑蒸汽的產(chǎn)生第一類吸收式熱泵(即增熱型熱泵),是在高溫驅(qū)動熱源的驅(qū)動下,回收低溫?zé)嵩此臒崃?提供較高溫度熱水的設(shè)備。它以蒸汽或燃料(燃?xì)狻⑷加?為驅(qū)動熱源,在發(fā)生器內(nèi)釋放熱量Qg,加熱溴化鋰稀溶液并產(chǎn)生冷劑蒸汽。冷劑蒸汽進(jìn)入冷凝器,釋放冷凝熱Qc加熱流經(jīng)冷凝器傳熱管內(nèi)的熱水,自身冷凝成液體后節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器。冷劑水經(jīng)冷劑泵噴淋到蒸發(fā)器傳熱管表面,吸收流經(jīng)傳熱管內(nèi)低溫?zé)嵩此臒崃縌e,使熱源水溫度降低后流出機(jī)組,冷劑水吸收熱量后汽化成冷劑蒸汽,進(jìn)入吸收器。被發(fā)生器濃縮后的溴化鋰溶液返回吸收器后噴淋,吸收從蒸發(fā)器過來的冷劑蒸汽,并放出吸收熱Qa,加熱流經(jīng)吸收器傳熱管的熱水。熱水流經(jīng)吸收器、冷凝器升溫后,輸送給熱用戶。在忽略熱損失和泵功率的條件下,熱泵機(jī)組的熱平衡式為:按溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的工作過程繪制系統(tǒng)流程圖如圖3所示。2.1建立系統(tǒng)模型的假設(shè)(1)忽略熱損失和泵功率;2.2圖1:圖2溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組熱力計算和傳熱計算流程圖如圖4所示。輸入熱泵機(jī)組的已知參數(shù)和自定義參數(shù),通過計算,利用程序的Listview輸出循環(huán)各狀態(tài)點的參數(shù)值,如表2所示。2.3影響溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組性能的因素在進(jìn)行了單效溴化鋰吸收式熱泵循環(huán)計算之后,通過改變已知工況(即外界條件),來研究使機(jī)組供熱量最大的最佳工況點。外界條件往往根據(jù)不同運(yùn)行條件或是一些人為因素,偏離當(dāng)初的設(shè)計值,造成機(jī)組不能在設(shè)計工況下運(yùn)行,因此,了解這些因素對溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組性能的影響,對設(shè)計、運(yùn)行和正確地選擇機(jī)組有著指導(dǎo)意義。溴化鋰單效熱泵循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果輸出,如表3所示。2.3.1單次蒸發(fā)過程當(dāng)其他參數(shù)不變時,在程序中改變低溫?zé)嵩闯稣舭l(fā)器時的溫度,記錄其對供熱量的影響于Excel表中,并畫出關(guān)系圖,如圖5所示。由圖可見低溫?zé)嵩闯稣舭l(fā)器的溫度升高時供熱量隨之增大。在理論上,蒸發(fā)壓力取決于低溫?zé)嵩闯稣舭l(fā)器時的溫度,當(dāng)此溫度升高之后,蒸發(fā)溫度也會相應(yīng)提高,導(dǎo)致蒸發(fā)壓力上升,則吸收器中吸收蒸氣的能力會加強(qiáng),吸收的水蒸氣變多,使稀溶液濃度變小,從而使?jié)舛炔?放氣范圍)變大,如圖6所示,圖中虛線為低溫?zé)嵩闯稣舭l(fā)器時的溫度升高后的循環(huán)。在實際過程中,如圖6中所示,實線所示部分表示設(shè)計工況時的循環(huán)過程。虛線為改變工況時的循環(huán)過程。當(dāng)?shù)蜏責(zé)嵩闯稣舭l(fā)器時的溫度升高時,蒸發(fā)壓力由Po升至Po”,吸收能力增強(qiáng),吸收終了稀溶液的溴化鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)ξa降低至ξa’。由于低溫?zé)嵩垂べ|(zhì)流量不變,供熱量的增大使低溫?zé)嵩闯稣舭l(fā)器的溫度稍有回升,蒸發(fā)壓力由Po”回降至Po’,同時冷凝器、發(fā)生器以及吸收器的熱負(fù)荷也隨之增大,導(dǎo)致發(fā)生器出口處濃溶液溫度由t4降低到t4’,冷凝壓力由Pk升高至Pk’,發(fā)生器出口處濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低到ξr’。吸收器出口稀溶液溫度由t2升高至t2’,溶液的循環(huán)由2-5-4-6-2變?yōu)?’-4’-6’-5’-2’。因為△ξr>△ξa,因而,隨著低溫?zé)嵩闯稣舭l(fā)器時的溫度升高,放氣范圍增大,供熱量增大,性能系數(shù)增大。上面是假設(shè)除了蒸發(fā)壓力變化之外,其他參數(shù)均不變。實際上,隨著供熱量的升高,循環(huán)各狀態(tài)點參數(shù)均會發(fā)生相應(yīng)的變化。在圖6中的虛線表示了實際的變化過程。2.3.2熱媒水溫度和冷凝器壓力對循環(huán)放氣的影響到了“循環(huán)”當(dāng)其他參數(shù)不變時,改變熱媒水溫度,記錄其對供熱量的影響于Excel表中,并畫出關(guān)系圖,如圖7所示。由圖可見,熱媒水溫度升高時供熱量隨之減小。熱媒水進(jìn)口溫度的升高,首先會引起吸收器內(nèi)溴化鋰稀溶液的溫度的升高,之后熱水流經(jīng)冷凝器,會導(dǎo)致冷凝溫度升高,而致使冷凝壓力的上升。吸收器內(nèi)稀溶液溫度的升高會減弱溴化鋰溶液吸收水蒸氣的能力,隨之稀溶液的濃度會升高;而冷凝壓力的上升會使會使?jié)馊芤旱臐舛葴p小,兩者皆會使?jié)舛炔钭冃　７艢夥秶冃?供熱量減小。如圖8所示,圖中虛線為熱媒水溫度升高后的循環(huán)。圖8中,實線為設(shè)計工況時的循環(huán)過程,隨著熱媒水溫度的升高,吸收器出口處稀溶液溫度由t2升至t2”,溴化鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)ξa也隨之升高,冷凝溫度升高,冷凝壓力也升高至pk”,從而使發(fā)生器出口處濃溶液的溴化鋰質(zhì)量分?jǐn)?shù)ξr增加。顯然,它將使循環(huán)的放氣范圍減小,供熱量減小。但隨著供熱量的減小,吸收器的熱負(fù)荷隨之減小,稀溶液出口處溫度t2”回降至t2’;低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)出蒸發(fā)器的溫度降低,蒸發(fā)壓力Po升高至Po’;冷凝器負(fù)荷減小,冷凝壓力由Pk”回降至Pk’;發(fā)生器熱負(fù)荷減小,發(fā)生器出口處濃溶液的溫度由t4升高至t4’,從而使循環(huán)由2-5-4-6-2變?yōu)?’-5’-4’-6’-2’。此時,濃溶液的濃度減小了,稀溶液的濃度增大了,其濃度差值由(ξr-ξa)減小至了(ξr’-ξa’),因此,供熱量減小。但實際運(yùn)行中,供熱量的減小,使得循環(huán)中各參數(shù)發(fā)生了變化,虛線所示即為參數(shù)變化后的實際循環(huán)。其放氣范圍的變化為:由于放氣范圍減小,故供熱量減小,性能系數(shù)減小。則有:Φ’0<Φ”<Φ0。3溴化鋰熱泵機(jī)組的問題本篇論文以溴化鋰溶液的熱物性計算為基礎(chǔ),針對單效第一類溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組的循環(huán)特點,利用計算機(jī)VisualBasic語言,對溴化鋰溶液的熱物性參數(shù)以及制熱循環(huán)建立計算機(jī)模型。利用該模擬程序可解決以下幾項問題:(1)已知溴化鋰水溶液其中兩個參數(shù)時,可以較準(zhǔn)確的計算溴化鋰水溶液的其他熱力參數(shù);(2)便于掌握對機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)各循環(huán)點的計算數(shù)據(jù)預(yù)測;(3)