外加磁場對氨水吸收式制冷吸收過程影響的研究.pdf

1、本文提出施加外部磁場影響氨水吸收式制冷吸收過程的新思路，利用磁場產(chǎn)生的宏觀力和對氨水微觀物性上的影響，對氨水吸收起到促進作用，強化吸收過程中的傳熱傳質(zhì)，從而提高氨水吸收式制冷系統(tǒng)的COP，減小設(shè)備體積，促進其小型化和更廣泛的應(yīng)用。本文以外加磁場條件下的氨水豎直管外降膜吸收過程為具體研究對象，通過對其進行數(shù)學(xué)建模、理論分析和實驗研究，得出了磁場能夠?qū)Π彼帐街评涞奈者^程產(chǎn)生積極影響的結(jié)論： 1、在動量方程中考慮了施加外部磁場后

2、溶液所受體積力的變化，建立了磁場條件下氨水降膜吸收的數(shù)學(xué)模型，建模中考慮了吸收過程中的氨水溶液物性變化、膜厚變化以及沿降膜管徑方向的橫向速度。模擬結(jié)果顯示：磁場方向與降膜方向一致時，沿降膜方向的溶液濃度、膜厚、液膜平均速度都有所增加，吸收終了的溶液濃度、吸收過程的吸收熱、氨氣吸收量、吸收過程的傳熱和傳質(zhì)系數(shù)等參數(shù)，均比未施加磁場時有所提高，并且隨著施加磁場強度的增加而增大。當(dāng)磁場的方向與降膜方向相反時，降膜平均速度、平均溶液濃度及液膜徑

3、向速度均比未施加磁場時減小，吸收終了的溶液濃度、吸收過程的吸收熱和吸收量都有所減小。當(dāng)增大溶液流量、提高吸收壓力、降低冷卻水溫度以及溶液進口濃度時，磁場對氨水吸收的影響有所增強。 2、從“場協(xié)同”的角度分析了磁場對氨水吸收的影響。當(dāng)磁場梯度方向和濃度場梯度方向一致時，可以強化傳質(zhì)，當(dāng)溫度場梯度方向和磁場梯度方向相同時，可以強化傳熱。磁場與溫度場和濃度場之間的方向協(xié)同良好時，能起到強化氨水吸收過程中傳熱傳質(zhì)的作用。 3、建

4、立了磁場條件下氨水降膜吸收對比實驗系統(tǒng)并進行了相關(guān)對比實驗。實驗數(shù)據(jù)反映出的趨勢和數(shù)值模擬結(jié)果一致，施加與降膜方向相同的磁場后，吸收終了的溶液濃度比未施加磁場時有所增加，吸收量和吸收熱提高，吸收過程的傳熱系數(shù)和傳質(zhì)系數(shù)升高，隨著磁感應(yīng)強度的增加，上述參數(shù)值也持續(xù)增大。從提高的幅度上看，磁場對傳熱性能的影響比對傳質(zhì)性能的影響大。施加與降膜方向相反的磁場后，吸收終了的氨水溶液濃度比未施加磁場情況下有所降低，吸收過程中的傳熱量和傳質(zhì)量都有所降

5、低。磁場條件下其它工況參數(shù)的改變不會對磁場強化氨水吸收效果產(chǎn)生不利的影響。 4、分別采用恩氏粘度法和瞬態(tài)雙熱線法測量裝置，對不同磁化強度和磁化時間的氨水粘度和導(dǎo)熱系數(shù)進行了測量，氨水溶液濃度為25％，磁化強度范圍0～0.14T，磁化時間10～30min。發(fā)現(xiàn)磁化后氨水溶液粘度降低，基本趨勢是磁場強度越大，磁化時間越長，磁化處理對氨水溶液粘度的影響也越大。氨水溶液導(dǎo)熱系數(shù)基本隨著磁化時間的增加而增大，隨磁場電流的增加而提高，但在相

6、同的磁化時間條件下，導(dǎo)熱系數(shù)隨電磁鐵電流的增加而提高的幅度有所減緩，在相同的電流條件下，磁化時間20min和30min之間的導(dǎo)熱系數(shù)值差距也逐漸減小。在本文實驗條件下，當(dāng)磁化電流為8A，磁化時間為30min時，導(dǎo)熱系數(shù)達到最大增幅16.6％。從洛侖茲力和氫鍵斷裂兩方面解釋了磁場影響氨水物性的微觀機理，在洛侖茲力作用以及氫鍵斷裂兩個方面的影響下，氨水溶液微觀發(fā)生一系列變化，溶液中分子間的束縛力減小，使得氨水溶液的導(dǎo)熱系數(shù)在磁化后增大，粘度