自由表面微尺度液膜强化吸收机理及提升风冷氨-盐吸收式制冷循环性能研究

Absorption intensification is the key technology to improve cycle performance and extend the practical application of absorption refrigeration system. Absorption intensification process taking place in a falling film absorber can be achieved by decreasing the thickness, increasing both the velocity and surface renewal rate of the absorbent liquid film. This project takes the free-surface microscale liquid film inner wall jet as a breakthrough point, using the high efficiency ammonia/salt working pair, to reveal the intensification mechanism of air cooling absorption process that taking place inside vertical tubes by theoretical, numerical and experimental methods. Analyses of the following aspects will be carried out: (1) Flow characteristics of the free-surface microscale liquid film inner wall jet; (2) Coupled heat and mass transfer characteristics of the process of free-surface microscale liquid film absorbing NH3 vapor by inner wall jet; (3) Thermal performance of an air-cooled type ammonia/salt absorption refrigeration system applying the free-surface microscale liquid film inner wall jet type absorber. Research results of the present project will perfect the theory basis of absorption process intensification technology by means of microscale absorbent liquid film, and help to optimize the design of air-cooled type absorber and promote the development of ammonia/salt absorption refrigeration technology, which is of important academic significance and engineering value.

强化吸收技术是吸收式制冷系统性能提升和应用推广的关键技术。对于降膜吸收器，减小液膜厚度、提高液膜速度和液膜表面更新率可达到强化吸收的目的。本课题以溶液管内贴壁喷射形成自由表面微尺度液膜为切入点，采用高效的氨/盐溶液为工质对，采取理论分析、数值模拟和实验研究相结合的研究方法，揭示自由表面微尺度液膜强化风冷垂直管内降膜吸收的机理。拟依次开展以下三方面的研究：(1) 溶液管内贴壁喷射形成的自由表面微尺度液膜流动特性研究；(2) 自由表面微尺度液膜吸收NH3蒸气过程的耦合传热传质特性研究；(3) 应用了自由表面微尺度液膜吸收器的风冷氨-盐吸收式制冷循环性能研究。本课题的研究结果将进一步完善自由表面微尺度液膜强化吸收的基础理论，有助于优化风冷型吸收器结构设计，并推动风冷氨/盐吸收式制冷技术的发展，具有重要的学术意义和工程应用价值。

本项目以推动小型吸收式制冷技术在低品位能源利用、太阳能利用等场合的发展，提出以自由表面微尺度液膜强化风冷吸收的科学观点，紧密围绕项目任务书的研究内容和既定研究目标，依次开展了三个主要方面的内容研究，包括：(1) 溶液管内贴壁喷射形成的自由表面微尺度液膜流动特性研究；(2) 自由表面微尺度液膜吸收NH3蒸气过程的耦合传热传质特性研究；(3) 应用了自由表面微尺度液膜吸收器的风冷氨-盐吸收式制冷循环性能研究。研究结果表明：自由表面微尺度液膜吸收器的吸收平均传质速率可达10-3kg/m2s数量级，远高于传统的填料型吸收器的10-3kg/m2s。实验结果显示自由表面微尺度液膜吸收器吸收传质速率相对于填料型吸收器提高约425%左右，吸收器出口溶液过冷度低至0.1℃，体现出明显的强化吸收效果。本课题的研究结果将完善自由表面微尺度液膜强化吸收的基础理论，有助于优化风冷型吸收器结构设计，并推动风冷氨/盐吸收式制冷技术的发展，具有重要的学术意义和工程应用价值。