垂直管內(nèi)有機工質(zhì)(R124--DMAC)鼓泡吸收特性實驗研究.pdf

1、以廢熱驅(qū)動的吸收式制冷系統(tǒng)具有很廣闊的應用前景。車、船在行駛中不僅需要消耗大量燃油，而且同時也產(chǎn)生大量廢熱。如果將這些廢熱用于驅(qū)動吸收制冷系統(tǒng)來為車、船提供所需要的冷量，則車、船的能源利用率將會得到很大提高。為了解決這一問題，作者所在課題組于2013年，提出了一種以R124-DMAC為工質(zhì)的汽車發(fā)動機廢熱/動力聯(lián)合驅(qū)動的吸收-壓縮混合制冷循環(huán)，并在國家自然科學基金(51076022)的資助下對其循環(huán)工作特性進行了深入的理論和實驗研究，研

2、究結(jié)果驗證了該循環(huán)系統(tǒng)的可行性。然而，該系統(tǒng)中的重要部件—風冷翅片管鼓泡吸收器，其吸收過程熱、質(zhì)傳遞特性尚未被深入研究。
　　目前，國內(nèi)外公開發(fā)表的大氣液體積流率比條件下風冷翅片管鼓泡吸收器熱、質(zhì)傳遞特性研究成果非常稀少，這為風冷翅片管鼓泡吸收器的設計、設備的小型化及其熱、質(zhì)傳遞特性的研究帶來很大困難和不確定性。為此，在國家自然科學基金(51376032)資助下，課題組繼續(xù)對R124-DMAC有機工質(zhì)在垂直管內(nèi)鼓泡吸收過程熱、質(zhì)傳

3、遞特性進行研究。由于鼓泡吸收過程熱、傳質(zhì)理論的不完善性以及缺乏有機工質(zhì)鼓泡吸收過程相關基礎數(shù)據(jù)，目前還無法采用純理論的方式對該鼓泡吸收特性進行分析。所以，本研究首先搭建一套可視化與非可視化并行的垂直管內(nèi)鼓泡吸收特性測試實驗臺，再對鼓泡吸收過程氣泡形態(tài)演化及熱、質(zhì)傳遞特性進行實驗研究，根據(jù)實驗所得數(shù)據(jù)結(jié)合理論分析方法，最終得到不同工作參數(shù)條件下的鼓泡吸收過程的流型及吸收高度變化規(guī)律和其整管段與局部管段的熱、質(zhì)傳遞系數(shù)，并分別給出相應的無量

4、綱關聯(lián)式。
　　可視化鼓泡吸收器用于觀察鼓泡吸收過程氣泡形態(tài)演化、氣液兩相流流型變化特征、流型分布規(guī)律和鼓泡吸收高度。研究發(fā)現(xiàn)，氣液流率比超過一定值后，鼓泡吸收過程會出現(xiàn)攪拌流，彈狀流和泡狀流三種流型。彈狀流是影響鼓泡吸收高度的重要流型，可以通過強化彈狀流階段的鼓泡吸收性能來降低鼓泡吸收高度，并得到誤差±20％以內(nèi)的鼓泡吸收高度估算式。另外，研究還發(fā)現(xiàn)噴嘴孔結(jié)構(gòu)及尺寸也是影響鼓泡吸收高度和流型分布規(guī)律的重要參數(shù)之一，噴孔總流通面積

5、是影響鼓泡吸收高度的主要因素，而不是噴孔數(shù)。
　　非可視化實驗用于研究鼓泡吸收過程熱、質(zhì)傳遞變化規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，增加氣、液體積流率，降低溶液入口溫度、濃度和冷卻水入口溫度，減小鼓泡噴嘴孔徑均能增強鼓泡吸收熱、質(zhì)傳遞性能。通過對實驗測得的數(shù)據(jù)進行分析、歸納給出誤差±20％以內(nèi)的整管段熱、質(zhì)傳遞系數(shù)無量綱關聯(lián)式。
　　通過建立簡化的R124-DMAC垂直管內(nèi)鼓泡吸收過程分布參數(shù)模型，結(jié)合可視化實驗獲得的鼓泡吸收高度、兩相區(qū)與單相

6、區(qū)的分布和非可視化實驗獲得的沿程管壁溫度分布和傳熱數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)值模擬得到到兩相區(qū)的對流換熱系數(shù)與體積傳質(zhì)系數(shù)，最終給出R124-DMAC在垂直鼓泡吸收管內(nèi)兩相區(qū)及單相區(qū)溶液側(cè)對流換熱系數(shù)和兩相區(qū)傳質(zhì)系數(shù)的無量綱關聯(lián)式，誤差分布均在±15％以內(nèi)。
　　本文研究成果可為有機工質(zhì)管內(nèi)鼓泡吸收熱、質(zhì)傳遞特性的深入研究提供基礎數(shù)據(jù)，為采用R124-DMAC工質(zhì)的空冷、高效、緊湊式鼓泡吸收器設計提供理論依據(jù)，并為其在廢熱驅(qū)動的移動型吸收制冷系統(tǒng)