膜反转板式降膜吸收过程

结合板式降膜技术与膜反转技术的优势,提出了一种新型膜反转板式降膜吸收器。设计并建立了膜反转板式降膜吸收试验台,在试验台上完成了不同吸收压力、溶液流量、进口温度、冷却条件等对膜反转板式降膜吸收器传热传质性能影响的系列实验研究,得到该吸收器的传热传质性能。为膜反转板式降膜热质传递设备的科学研究、工程设计和实际应用提供了一定依据,也为进一步开发高效紧凑的热质传递元件及设备提供了一些方法和思路。     

热管式降膜吸收器的传热传质

对热管式降膜吸收顺溶液吸收传热传质并通过热管移出吸收热的过程进行了数值研究，根据所建立的数学模型，通过求解热管加热段外壁面溶液波动降膜的动态二维偏微分方程和热管传热方程，研究了膜雷诺数，低位余热温度，输出温度等因素对传热管质过程的影响，对进一步工作提出了新的见解。     

A study of the characteristics of heat transfer for an ammonia-water bubble mode absorber in absorption heat pump systems

An absorber is a major component in absorption refrigeration systems and its performance greatly affects the overall system performance. In this study, experimental analyses of the characteristics of heat transfer for removal of absorption heat in an ammonia-water bubble mode absorber were performed. The heat transfer coefficient was estimated as a function of the input gas flow rate, solution flow rate, temperature, concentration, absorber diameter and height, and input flow direction. The increase of gas and solution flow rate affects positively in heat transfer. However, the increase of solution temperature and concentration affects negatively. Moreover, under the same Reynolds number, countercurrent flow is superior to cocurrent flow in heat transfer performance. In addition, from these experimental data, empirical correlations that can explain easily the characteristics of heat transfer are derived. This paper is dedicated to Professor Wha Young Lee on the occasion of his retirement from Seoul National University.     

横纹管强化吸收器的传热传质实验研究

在吸收式热泵的吸收器中,利用LiBr水溶液为工质,对横纹管强化管外降膜吸收过程进行了研究。实验结果表明:影响横纹管传热强化的主要因素为LiBr水溶液喷淋密度、横纹管结构参数节距和槽深,各个因素对强化效果影响不同;与光管相比,横纹管的传热传质效果明显得到了增强,但是不同结构参数节距与槽深的横纹管,其强化传热传质的效果不同。在实验范围内,横纹管强化LiBr溶液吸收水蒸气的传热系数是光管的2.1—3.25倍,传质系数是光管的1.25—1.93倍。     

Experimental analysis of bubble mode in a plate-type absorber

An experimental analysis of ammonia-water absorption was performed in a plate-type absorber. The flow of water and ammonia gas was performed in the bubble mode. The experiments were made to examine the effects of solution flow rate and gas flow rate on the performance of the absorber. It was found that the increase of solution flow rate rarely affected the mass transfer, but improved the heat transfer. As the gas flow rate increased, slugging occurred in the bubble mode and influenced the thermal boundary layer. Finally, the results were converted into dimensionless numbers to elucidate physical phenomena and plotted as Sherwood number versus Reynolds number for mass transfer performance and Nusselt number versus Reynolds number for heat transfer performance.     

两种常用液体吸湿剂传质性能的比较

分析比较了溴化锂溶液（LiBr）、氯化锂溶液（LiCl）这两种常用的吸湿盐溶液与湿空气之间的传质性能,二者比较的基准是：溶液温度与表面蒸气压分别对应相等。相同状态时,LiBr溶液的密度约是LiCl溶液的1.2倍,比热容约是LiCl溶液的0.8倍,即当LiBr和LiCl溶液的体积流量相同时,二者的热容量大致相等。通过对热质交换过程解析解的分析,得到影响溶液与空气传质效果的核心参数为：空气与溶液的热容量比和传质单元数。在实验测试分别采用LiBr和LiCl溶液的除湿、再生工况性能的基础上,拟合出了传质系数随着空气与溶液进口参数的变化规律。在实验工况范围内,当LiBr与LiCl溶液的体积流量相同时,采用LiBr溶液的传质性能稍优于LiCl溶液,但二者差异不大。     

膜反转板式降膜吸收过程的理论研究

将板式降膜吸收和膜反转技术相结合,开发了一种新形式的降膜型吸收器,即膜反转板式降膜吸收器.通过对这种吸收器进行流动传热传质分析,建立了描述其物理过程的数学模型,采用流函数将控制方程进行变换,用有限差分法将变换后的方程离散,由TDMA方法编程计算这种膜反转板式降膜吸收器溴化锂溶液降膜吸收的过程,对比分析板式、膜反转板式降膜吸收计算结果表明,在同样的条件下膜反转板式降膜吸收器比板式降膜吸收器传热传质性能更好.     

热源塔传质特性的分析和实验研究

通过分析供冷/热设备的特点,指出了热源塔热泵供冷/热的优异性。对热源塔中不同进口空气参数和不同进口溶液温度下传质的4种模式进行了理论分析,并对叉流热源塔在不同进口参数时潜热百分比、进出口空气含湿量差和换热量的变化规律进行了实验研究。实验结果表明：进口溶液温度从-2℃升高到4℃,潜热百分比从27%降低到无潜热交换;提高风量和进口空气温度能同时满足降低潜热百分比和增加总换热量的目的;溶液流量从2.9 L·min^-1上升到6.4 L·min^-1,潜热百分比从15%相似文献   

垂直风冷翅片管中氨水鼓泡吸收特性

详细描述了垂直风冷翅片管吸收器中氨水鼓泡吸收的传热和传质过程。管外侧套用翅片,管内侧中氨水吸收溶液和氨气都从吸收器的底部流入、顶部流出。根据质量守恒方程和能量守恒方程建立了热质传递的微分数学模型。该模型分析了吸收器中两相流(即波动流、弹状流、泡状流)的变化,同时考虑了不同的两相流中气液相之间的热质传递以及两相流与管外空气之间的热量传递。通过解模型的微分方程,得到了一些重要参数(温度、摩尔分数)的局部值以及这些参数在吸收高度方向上的变化趋势。     

燃煤电厂湿烟气的除湿特性

燃煤电厂湿法脱硫后排放的烟气中含有大量水蒸气,造成大量水资源的浪费,溶液除湿工艺是水分回收技术之一。通过绝热型管式降膜除湿试验台,采用价格低廉的CaCl₂溶液为除湿剂,探究了湿烟气状态下溶液浓度、溶液温度、传质面积及进口温度对除湿性能的影响,试验得到了CaCl₂溶液除湿过程的传质系数,溶液除湿效率远高于清水冷凝除湿,为烟气除湿工艺的选择和性能预测提供了参考。     

基于热力学第二定律的ORC蒸气发生器性能优化

为了更深入地研究低温余热驱动ORC系统的设计与优化,建立了有机朗肯循环蒸气发生器主要热力性能计算模型,基于热力学第二定律,以蒸气发生器单位换热面积工质?升作为性能优化目标函数,选取了R245fa作为循环工质,在给定烟气进口温度以及保证循环工质在蒸气发生器出口为饱和蒸气条件下,对不同工况下的工质质量流速进行优化,并分析了在一系列换热管管径下,烟气入口温度、工质入口压力、管外对流传热系数、单根换热管烟气质量流量对目标函数及工质最优质量流速的影响。结果表明：工质入口压力与管外对流传热系数对最优工质质量流速影响显著,随着工质入口压力与管外对流传热系数的增大,最优工质质量流速增大,对应的换热管径减小;而烟气入口温度、单根换热管烟气质量流量对最优工质质量流速影响甚微。     

水平管降膜吸收局部传热传质特性的数值模拟

为分析滴状和柱状流型下纯水蒸气水平管外降膜吸收过程的局部传热传质特性,建立非稳态数值模型考虑吸收过程中降膜区和管间区内液相的实际流动特征及气液两相的传质,同时对多管排区域采用实际边界条件,且考虑气液两相的传热过程。溶液的液膜Reynolds数范围为11~38。结果表明,与文献实验对比,相同流量下溶液出口浓度和温度的平均相对误差在2%以内;滴状和柱状流型下,降膜区溶液的平均浓度和温度均迅速下降,管间区先上升后下降,降膜区溶液的局部吸收速率分别约为管间区的10倍和7倍;柱状流型下降膜区的吸收速率明显小于滴状流型,管间区相差很小;吸收达到稳定后,滴状流型下溶液的平均浓度和温度变化均大于柱状流型,四排管降膜区溶液的浓度变化量依次增大,温度变化量依次减小。     

基于NTU的太阳能溶液集热/再生器性能分析

太阳能溶液集热/再生器是集太阳能光热转化和溶液再生于一体的装置,它能有效实现太阳能溶液除湿蒸发冷却系统的溶液再生。通过自定义总温差（ΔT₀）和量纲1散热系数两个变量,得到以传热单元数为自变量的量纲1耦合传热、传质模型,并通过与相关实验对比对模型进行了验证。通过对空气和溶液入口参数变化对溶液集热再生性能影响分析,发现空气入口温度提高12℃、湿度降低12 g•kg^-1,溶液出口浓度升幅分别提高30%和70%以上;溶液入口温度提高30℃,溶液出口浓度升幅提高160%以上。对4组量纲群分析,得到传热单元数NTU、流量比ASMR、总温差ΔT0和Lewis数Le的增加都能促进溶液再生。逆流再生比顺流再生的出口浓度增幅能提高10%左右。     

HD低温蒸发系统中填料蒸发器传质传热的分析

通过研究系统中填料蒸发器的蒸发传质传热过程以及两相流动特性，采用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）中离散相与连续相耦合的方法来模拟规整填料内部通道的蒸发传质传热过程，实现了填料蒸发器中两相传质传热的过程以及液滴流动的可视化，为研究气液两相在规整填料内的流动提供了一种模拟方法。通过与实验结果的比较，最终选用RNG k-ε湍流模型来分析规整填料内部气液两相传质传热以及流动情况。数值模拟研究了规整填料板间距对填料内部气液两相传质传热以及液滴运动影响，发现随着板间距的增大，填料内部压力降逐渐降低，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率降低，液滴进出口质量差减小，气相出口温度逐渐降低，蒸发传质传热效率降低。随着气速的增大，出口空气中水蒸气的含量不断减小，液滴蒸发速率增加，气相出口温度降低，气液两相传质传热效率降低。     

同轴撞击流浓缩器的浓缩性能研究

从实验和理论上对撞击流浓缩器(ISC)进行了研究。实验主要研究了空气进口温度、空气进口流量、液滴加速管的长度对ISC容积蒸发系数的影响。研究结果表明:ISC的容积蒸发系数随空气进口流量的增加、空气进口温度的升高而增大;并证明,宜使用较短的加速管。在理论分析的基础上建立了ISC浓缩溶液的理论模型,借助基于该模型的数值计算,模拟了ISC内液滴的蒸发过程,通过与实验值的比较证明了模型的正确性。     

LiCl溶液垂直管外降膜发生效果的实验

为了探究LiCl水溶液在低位太阳能吸收式制冷系统中的发生过程中的传热传质效果,在降膜发生实验装置基础上研究了LiCl水溶液在垂直管外降膜发生的传热传质过程。阐述了不同运行工况如不同的热水和溶液的流量、热源的温度、溶液的浓度和系统压力对LiCl水溶液发生过程传热传质效果的影响。同时也进行了相同工况下LiBr水溶液的对比实验。结果表明相同运行工况下LiCl水溶液降膜发生过程和LiBr水溶液的降膜发生过程有着相似的变化规律。虽然LiCl水溶液的垂直降膜发生速率略低于LiBr水溶液,但传质效果相差不大,LiCl溶液的低运行浓度有利于循环热力性能的提升。     

Numerical simulation on the falling film absorption process in a counter-flow absorber

Falling liquid film is commonly employed in variety of industrial systems, such as LiBr/H₂O absorption heat pump or chiller. In this paper, the falling film absorption in aqueous lithium bromide solution was investigated numerically using CFD software package-Fluent. The practical convective boundary condition at the cooling water side was considered. The heat transfer coefficient is assumed constant, and the coolant temperature changes linearly along its flow path. The numerical results indicate that the profile of temperature is exponential and their gradients are high due to the distinct heat effect associated with the absorption at the interface and the cooling effect of coolant at the wall at small downstream distance. As the downstream distance increases, the profile of temperature is nearly linear. The absorption heat and mass fluxes reach a maximum at the inlet region and decrease at the outside of the inlet region. Specially, the effect of variable physical properties on the absorption process was considered and discussed. The prediction of the total absorption mass transfer rate is about 6.5% higher when assuming constant properties.     

基于热质传递解耦特性的溶液除湿过程传热传质系数(Ⅱ)实验与Le-hD分离测量法应用

对采用规整波纹填料结构的溶液除湿器除湿过程进行了实验研究,空气与溶液流型组织形式为叉流,基于Le-hD分离测量法得到空气入口流量、温度、含湿量以及溶液入口质量分数、温度对耦合传质系数的影响,并采用数据回归的方法对传质系数与Lewis数进行拟合,得到该类结构除湿器除湿过程的传质系数与Lewis数的关联式,并进行了74组稳态实验对该关联式进行误差分析与验证,结果表明根据关联式计算得到的进出口参数变化与实验进出口参数变化之间相对误差很小,进出口空气温度变化、含湿量变化误差分别仅在6%、10%以内,进出口溶液温度变化相对误差不超过12%,表明Le-hD分离测量法的准确性和可接受性。     

基于热质传递解耦特性的溶液除湿过程传热传质系数(Ⅱ)实验与Le-hD分离测量法应用

对采用规整波纹填料结构的溶液除湿器除湿过程进行了实验研究,空气与溶液流型组织形式为叉流,基于Le-h_D分离测量法得到空气入口流量、温度、含湿量以及溶液入口质量分数、温度对耦合传质系数的影响,并采用数据回归的方法对传质系数与Lewis数进行拟合,得到该类结构除湿器除湿过程的传质系数与Lewis数的关联式,并进行了74组稳态实验对该关联式进行误差分析与验证,结果表明根据关联式计算得到的进出口参数变化与实验进出口参数变化之间相对误差很小,进出口空气温度变化、含湿量变化误差分别仅在6％、10％以内,进出口溶液温度变化相对误差不超过12％,表明Le-h_D分离测量法的准确性和可接受性。     

Simultaneous Absorption of Hydrogen Sulfide and Carbon Dioxide into di-isopropanolamine Solution

The simultaneous absorption of hydrogen sulfide and carbon dioxide into di-isopropanolamine (DIPA) solution was investigated in a 183 cm long, 2.72 cm OD wetted-wall column at atmospheric pressure. The influence of liquid flow rate, gas flow rate, temperature and liquid concentration on the absorption rate, overall gas-phase mass transfer coefficient and selectivity factor were studied at a constant gas feed ratio. The results show that the absorption rate of CO₂ increases rapidly with increasing liquid flow rate (the Reynolds number of the turbulent liquid film ranges from 2600 to 4350) but increases moderately with increasing gas flow rate (G = 18-91 L/min), indicating that it is liquid-phase mass transfer controlled. In contrast, the absorption rate of H₂S increases very slowly with increasing liquid flow rate but increases rapidly with increasing gas flow rate, indicating that it is gas-phase mass transfer controlled. The absorption rate of CO₂ also increases with increasing temperature (26-80°C) but H₂S absorption rate decreases with increasing temperature. When the concentration of DIPA solution increases from 0.2 to 2.6 mol/L, the absorption rate of both CO₂ and H₂S increases but with a larger rate of increase for CO₂ For selective H₂S removal, it is preferable to operate at low liquid and high gas flow rates, low temperatures and low DIPA concentrations.