余热驱动氨水吸收式制冷系统的理论及实验研究

VIP免费
3.0 陈辉 2025-01-09 7 4 3.28MB 83 页 15积分
侵权投诉
摘 要
氨水吸收式制冷系统使用低品位热源驱动，节能环保。本文以单级氨水吸收
式制冷系统作为研究对象，对其进行了理论和实验研究。
理论研究上：首先对舒尔茨氨水溶液状态方程进行了程序化工作。然后对单
级氨水吸收式制冷系统进行了数学建模。在氨水物性状态方程和氨水系统数学模
型的基础上，计算了整个氨水吸收式制冷系统性能系数随发生温度、冷却水温度、
蒸发温度和回流比的变化趋势。计算结果表明：氨水吸收式系统 COP 随着冷却水
温度的升高而降低，且冷却水对系统性能影响较大；COP 随着蒸发温度的升高而
升高；一定的操作条件下，氨水吸收式系统发生温度存在最佳值，以本文中的算
例为例， 冷却水温度 30℃，蒸发温度-10℃，回流比为 0.5 时，氨水系统最佳发生
温度约为 125℃；在一定操作条件下，回流比也存在最佳值，本算例中，冷却水温
度30℃，蒸发温度-10℃，发生温度 100℃时，最佳回流比为 0.3。
实验研究上：通过热力计算，设备设计、选型计算，搭建了一套氨水吸收式
制冷系统实验台，并在此实验台上进行了一系列系统性能测试实验。得到了各部
件的开机动态响应曲线，由此得出系统的稳定时间约为 40~50 分钟左右。系统性
能实验结果显示：和理论计算的趋势一致，氨水吸收式系统冷却水温度越高，系
统性能越低，蒸发温度越低，系统性能越低；发生温度存在最佳值，但在冷却水
温度 30℃，蒸发温度-10℃，回流比 0.5 时，实测最佳温度约 130℃，回流比也存
在最佳值，冷却水温度 30℃，蒸发温度-10℃，发生温度 100℃，实测最佳回流比
约0.4。
关键词：氨水吸收式制冷系统 理论模型 性能测试实验
ABSTRACT
Since the ammonia-water absorption refrigeration system is driven by low-grade
heat source, it is an energy-saving and environmental-protecting system. In this paper, a
single ammonia-water absorption system is studied theoretically and experimentally.
First, computer program of Schulz equations is built. Then the mathematical
model of the single system is built. Based on the mathematical model, a theoretical
calculation is performed. The results show that: the system performance is proportional
to the evaporation temperature and inversely proportional to the cooling water
temperature. Under a certain operating condition, the generation temperature exists a
best value. For example, when the cooling water temperature is 30℃, the evaporation
temperature is -10℃, and the reflux ratio is 0.5, the optimum generation temperature is
125℃. For the reflux ratio, there also exists an optimum value. When the cooling water
temperature is 30℃, the evaporation temperature is -10℃, and the generation
temperature is 100℃, the optimum reflux ratio is 0.3.
Secondly, a single ammonia-water absorption system is built after the thermal
dynamic calculation and equipment design. On this experimental system, performance
test and dynamic characteristic experiment were done. The dynamic curve shows the
dynamic characteristics and tells us that the absorption system needs 40 to 50 minutes to
get stable. The system performance test shows the same results to the theoretical results.
The difference between theoretical results and experimental results are the optimum
value of generation temperature and reflux ratio value, which is 130℃（cooling water
temperature is 30℃, the evaporation temperature is -10℃, and the reflux ratio is 0.5）
and 0.4（the cooling water temperature is 30℃, the evaporation temperature is -10℃,
and the generation temperature is 100℃）, different from the theoretical values 125℃
and 0.3.
KEY WORDS: Ammonia-water absorption system, theoretical
model, performance test
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 ................................................................................................................................ 1
§1.1 背景概述 .......................................................................................................................... 1
§1.2 氨水吸收式制冷机概述 ............................................................................................... 2
§1.2.1 氨水吸收式制冷机的发展历史和应用现状 .............................................. 2
§1.2.2 氨水吸收式制冷机的特点 .............................................................................. 3
§1.2.3 氨水吸收式制冷循环介绍 .............................................................................. 6
§1.3 国内外发展研究现状 ................................................................................................... 8
§1.4 本文研究的意义及主要工作： ................................................................................ 9
第二章 氨水吸收式制冷系统的数学建模 ....................................................................... 11
§2.1 氨水物性计算 ............................................................................................................... 11
§2.1.1 Schulz 状态方程表达式 .................................................................................. 11
§2.1.2 各参数表达式 ................................................................................................ 14
§2.2 数学建模 ........................................................................................................................ 17
§2.3 数学模型的求解 .......................................................................................................... 24
§2.4 数学模型的误差分析 ................................................................................................. 24
§2.5 计算结果 ....................................................................................................................... 24
第三章 氨水吸收式制冷系统的设计 ................................................................................... 27
§3.1 初步方案的确定 .......................................................................................................... 27
§3.2 系统热力计算 ............................................................................................................... 28
§3.3 设备计算及选型 .......................................................................................................... 33
§3.3.1 换热器 .............................................................................................................. 34
§3.3.2 吸收器 .............................................................................................................. 35
§3.3.3 发生器 .............................................................................................................. 38
§3.3.4 精馏器 .............................................................................................................. 38
§3.3.5 溶液泵 .............................................................................................................. 42
§3.3.6 主要阀门 ......................................................................................................... 42
§3.3.7 储罐 .................................................................................................................. 43
§3.4 管路 ................................................................................................................................ 43
§3.5 实验测点的布置 ......................................................................................................... 44
§3.6 数据采集 ....................................................................................................................... 45
§3.7 氨制冷冷却水系统设计 ............................................................................................ 46
§3.8 系统控制方案 .............................................................................................................. 47
第四章 单级氨水吸收式制冷系统的实验研究 ................................................................ 51
§4.1 部件匹配特性实验分析 ............................................................................................ 51
§4.2 动态性能实验 .............................................................................................................. 52
§4.2.1 精馏塔 .............................................................................................................. 53
§4.2.2 冷凝器 .............................................................................................................. 54
§4.2.3 液氨储罐 ......................................................................................................... 54
§4.2.4 吸收器 .............................................................................................................. 55
§4.2.5 溶液热交换器 ................................................................................................ 55
§4.2.6 过冷却器 ......................................................................................................... 56
§4.2.7 蒸发器盘管 ..................................................................................................... 57
§4.3 整体系统性能实验分析 ............................................................................................ 57
§4.4 变工况实验数据分析 ................................................................................................ 58
§4.4.1 精馏器 .............................................................................................................. 58
§4.4.2 冷凝器 .............................................................................................................. 59
§4.4.3 吸收器 .............................................................................................................. 59
§4.4.4 溶液热交换器 ................................................................................................ 60
§4.5 总结 .............................................................................................................................. 60
§4.5.1 系统分析 ......................................................................................................... 60
§4.5.2 实验台改进意见 ............................................................................................ 61
§4.6 系统性能实验 ............................................................................................................... 62
§4.7 余热利用实验 ............................................................................................................... 64
第五章 总结及展望 ..................................................................................................................... 66
主要符号表 ..................................................................................................................................... 67
参考文献 ......................................................................................................................................... 69
附 录1 电气原理图 ............................................................................................................... 73
致 谢 ................................................................................................................................................ 81
第一章 绪 论
1
第一章 绪 论
§1.1 背景概述
制冷空调技术的产生为人类社会的文明和舒适生活做出了重要贡献。其中，
蒸汽压缩式制冷系统由于其稳定高效的性能而得到了人们的重视和青睐。但随着
时间的推移，蒸汽压缩式制冷系统带来的能源和环境问题也引起了人们的日益重
视。
众所周知，蒸气压缩式制冷系统主要采用氟利昂作为制冷剂。氟利昂是饱和
碳氢化合物及其氟、氯、溴衍生物的总称，它突出的物理、化学性质，优越的制
冷性能，使得它从上个世纪五十年代开始，逐渐替代了早期出现的一些制冷工质，
并至今都占据着统治地位[1]。1974 年，加里福尼亚大学的两位教授：Molina 和
Rowland，首先提出了氟利昂中的氯原子会破坏臭氧层。在青藏高原出现的臭氧层
低谷和南北极出现的臭氧层空洞现象给我们敲响了警钟。臭氧层的破坏会形成臭
氧层空洞，造成地表紫外线辐射增加，紫外线会对人体免疫系统造成伤害，引起
白内障、皮肤癌等疾病。同时还会导致农作物减产、树木坏死以及光化学烟雾等
严重后果。为了应对此危机，需要我们逐步限制对氯氟烃类物质的应用。世界 21
个国家和欧洲共同体在 1985 年3月签订了《保护臭氧层维也纳公约》，建立起了
保护大气臭氧层的全球机制。1987 年9月，《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定
书》在加拿大的蒙特利尔市签订生效，该文件提出了 5种CFC 和3种哈隆禁用时
间表。1990 年6月，《蒙特利尔议定书（修正案）》在英国伦敦通过了，修正案把
受控的 ODS 扩大到 5类20 种，并且禁用的时间提前了，另外还把 34 种HCFC 列
为过渡物质。1992 年11 月，《蒙特利尔议定书（修正案）》进一步得到了修订，这
次受控的 ODS 范围扩大到了 7类的上百种物质，新增 HCFC， HBrFC 和CH3Br
三类物质，并再次提前了禁用的时间。我国非常重视生态环境的保护，于 1989 年
9月加入了《维也纳公约》；1993 年1月，编制了《中国消耗臭氧层物质逐步淘汰
国家方案》，对当时生产和使用的 3种CFC、CCl4和CH3CCl3规定了禁用或者限用
的时间表。与此同时，国际社会为了应对氟利昂物质的温室效应，也采取了相应
的一些措施。联合国气候变化框架公约的缔约国于 1997 年12 月在日本东京通过
了《京都议定书》，CO2、HFCS等6种气体在该议定书中被确定为受管制温室气体，
并限制了其生产和使用[2]。2009 年12 月7日—18 日，《联合国气候变化框架公约》
余热驱动氨水吸收式制冷系统的理论及实验研究
2
缔约方第 15 次会议在丹麦首都哥本哈根举行。会议商讨《京都议定书》一期承诺
到期后的后续方案，就未来应对气候变化的全球行动签署新的协议。
除了环境方面的问题，能源问题也是我们不容忽视的。下表为一些常用能源
储量和消耗情况表。
表1.1 常用能源储量及消耗情况表
能源类型
能源储量
年消耗量
耗尽年限
石油
1180-1510（亿吨）
33.2（亿吨）
50 年左右
天然气
131800-152900 兆立方米
2300 兆立方米
57-65 年
煤
5600 亿吨
33 亿吨
供应 169 年
铀
6万吨
30~50 年左右
核聚变
到2050 年还没希望实现
从表格 1.1 中我们可以看到常规的主要能源都在 60 年左右将会耗尽，煤的供
应时间较长一些，也会在 170 年左右耗尽。而原料储量较丰富的核聚变技术（地
球上能够用于核聚变的氘和氚的数量，可供人类使用上千亿年）在短期内还是无
法实现。人类面临着的能源形势非常严峻。
而制冷空调领域对能源的消耗量非常的巨大。以上海市为例，工业用制冷设
备和建筑空调设备耗电约占电力总负荷的三分之一左右[3]。2010 年夏季电网峰值
负荷为 2157.7 万KW，其中制冷空调行业的电力负荷达到约 900 万KW。发达国
家在制冷空调行业的耗电量约占总电能的 20~25%。由此可见，制冷空调领域的节
能对全球范围内节能减排大局有着举足轻重的地位。
能源和环境危机，警醒我们对制冷空调行业做出改变和调整。正是在这样的
背景下，氨水吸收式制冷系统在被人们忽视了半个世纪后又重新受到了国内外的
专家学者的重视，对它研究和应用日益增多。
§1.2 氨水吸收式制冷机概述
§1.2.1 氨水吸收式制冷机的发展历史和应用现状
吸收式制冷技术是一种古老的制冷技术。早在 1810 年，苏格兰的约翰﹒莱斯
里（John Leslie）制造了间歇型吸收式制冷机，这是最早的吸收式制冷机。1860
年，法国的费迪南德﹒卡尔发明了连续性吸收式制冷机，该机取得了美国专利。
这是一种以氨为冷剂、以水为吸收剂的氨吸收式制冷机，这种机型后来在欧洲得
余热驱动氨水吸收式制冷系统的理论及实验研究.pdf

共83页,预览9页

还剩页未读， 继续阅读

相关推荐

更多
立即下载
作者：陈辉 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：83 页 大小：3.28MB 格式：PDF 时间：2025-01-09

开通VIP享超值会员特权

  • 多端同步记录
  • 高速下载文档
  • 免费文档工具
  • 分享文档赚钱
  • 每日登录抽奖
  • 优质衍生服务

作者详情

相关内容

更多

推荐作者

热门标签

/ 83
评分 收藏
分享
立即下载 VIP免费下载
客服
关注