基于低品位能源驱动的空冷吸收式制冷循环特性及强化吸收机理研究

针对太阳能、余热、工业废热等低品位能源驱动的风冷吸收式制冷机存在的问题，以目前最适应于低品位能源驱动的吸收式制冷工质对NH3-NaSCN和NH3-LiNO3为制冷工质对，研究适应于低品位能源驱动的风冷吸收式制冷循环特性，探讨在传热与传质分离情况下进一步强化吸收过程的方法与机理，基于流程原理、工程热力学、传热传质学和流体力学理论，对适应于低品位能源驱动的风冷吸收式制冷循环及其吸收器进行建模和数值模拟。在此基础上，建立适应于低品位能源驱动的风冷吸收式制冷循环及其吸收器实验台，通过对比实验结果验证理论分析模型，进一步修正和完善计算方法，逐步完善低品位能源驱动的风冷吸收式制冷系统尤其是吸收器的设计准则，为低品位能源驱动的风冷吸收式制冷机的高效化和实用化提供理论与实验基础。

随着经济社会的发展以及不可再生资源的持续消耗，对低品位能源特别是低温区间的低品位能源进行有效利用在缓解能源危机方面将会起到较大作用。相对于传统的溴化锂-水吸收式制冷系统，硫氰酸钠-氨和硝酸锂-氨吸收式制冷系统具有能够直接获得0℃以下制冷量、无需精馏装置、易实现小型化等优点。当前硝酸锂-氨和硫氰酸钠-氨吸收式制冷系统研究领域存在的几个关键问题有：溶液热物性数据求解困难以及由此导致的㶲分析结果精度低、风冷系统性能系数低且优化手段有限、实验研究成果缺乏等。.本项目围绕这几个问题开展了针对性的深入研究工作。在工质对的热物理性质研究方面，本项目汇总了国内外的相关实验数据并用合理的数学模型对最新发表的实验数据进行拟合。在溶液比熵的求解过程中，首次提出用Debye-Hückel极限定律对极稀浓度下的硫氰酸钠-氨和硝酸锂-氨电解质溶液的活度系数进行求解，并将求解结果作为溶液任意浓度下活度系数积分求解的边界条件，从而在理论上正确的完成溶液比熵参数的求解。在系统热力性能研究方面，本项目深入分析了在风冷工况下单效和双效系统的运行参数，着重研究了系统在不同吸收器出口温度下系统的工作状况：不同吸收器出口温度下对应的系统COP变化，系统换热器的热负荷变化，溶液泵的循环流量变化等。在系统㶲分析方面，本项目提出在考虑溶液温度压力变化带来的㶲变的基础上增加溶液浓度变化导致的㶲变，着重分析了不同发生温度，不同吸收器出口温度等情况下的系统㶲效率以及系统各个组成部件的㶲损失。㶲分析的结果从本质上揭示了能量在系统内的利用及转化机理，可用能在系统各个组成部件上的损失情况等，研究成果从热力学第二定律的角度为系统各部件的优化提供了针对性的帮助。在系统的实验研究方面，设计并搭建了硫氰酸钠-氨和硝酸锂-氨风冷非绝热吸收式制冷系统实验平台。实验平台能够模拟NH3-LiNO3和NH3-NaSCN吸收式制冷系统在风冷工况下不同的运行状态并记录系统运行过程中各个工作参数。结果表明发生温度94.6℃时，蒸发温度可达到了-13.1℃。本项目对基于低品位能源驱动的风冷氨/盐吸收式制冷系统的研究成果具有重要的学术价值和工程实际意义。.本项目完成了预订研究任务，取得了预期研究成果，达到了预期研究目标。