溴化锂水溶液热物性参数的计算与单效热泵循环的仿真

溴化锂水溶液热物性参数的计算与单效热泵循环的仿真

0溴化锂吸收式热泵的原理能源和环境的问题已成为世界最大的研究因素之一。随着人类科学技术的进步，我们在节能环保方面发现了更多的设备。第一类溴化锂吸收式热泵是一种靠消耗少量高温热能从低温热源吸热并制取大量中温热能的装置。这种装置对环境零污染,与当今环境友好型,资源节约型的政策相呼应,并且由于它具有许多独特优点,近年发展十分迅速。在提高节能、高效率利用余热的背景下,人们对于溴化锂吸收式热泵性能的改进和研究越来越广泛,也越来越深入。同时随着计算机应用和工程数学仿真技术的发展,使利用数学建模技术来进行溴化锂吸收式热泵性能的计算机模拟技术越来越成熟。本论文基于第一类溴化锂吸收式热泵的工作原理,结合一台小型溴化锂吸收式热泵机组,建立了理论模型,并利用计算机模拟方法,对机组的特性进行了预测。本论文为溴化锂吸收式热泵设备的计算机仿真和优化设计提供了有力的工具,为进一步利用数学和模拟手段深入研究既有溴化锂吸收式热泵机组性能和新产品的研发奠定了的基础。1溴化锂水溶液热物性模拟系统程序溴化锂水溶液的热物性参数主要包括:溶液的压力p,温度t,比焓h,以及质量分数ξ,密度ρ,质量定压比热Cp,表面张力σ,热导率λ,粘度μ等。根据文献[1,2]给出的热物性参数计算和关系公式可以进行计算机模拟计算,通过此程序,可以实现输入其中两个热力参数,求得其他参数的计算。溴化锂水溶液热物性模拟主程序流程图见图1。溴化锂水溶液热物性模拟支程序流程图见图2,将运行程序后计算出的溴化锂水溶液的比焓结果输入Excel表格,并与文献值做比较,如表1。从比较结果可知当己知溴化锂溶液的温度和浓度时,编程模拟的计算结果与实验测得的结果平均误差为1.21%,精度较高。2冷剂蒸汽的产生第一类吸收式热泵(即增热型热泵),是在高温驱动热源的驱动下,回收低温热源水的热量,提供较高温度热水的设备。它以蒸汽或燃料(燃气、燃油)为驱动热源,在发生器内释放热量Qg,加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。冷剂蒸汽进入冷凝器,释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水,自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面,吸收流经传热管内低温热源水的热量Qe,使热源水温度降低后流出机组,冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽,进入吸收器。被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋,吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽,并放出吸收热Qa,加热流经吸收器传热管的热水。热水流经吸收器、冷凝器升温后,输送给热用户。在忽略热损失和泵功率的条件下,热泵机组的热平衡式为:按溴化锂吸收式热泵机组的工作过程绘制系统流程图如图3所示。2.1建立系统模型的假设(1)忽略热损失和泵功率;2.2图1:图2溴化锂吸收式热泵机组热力计算和传热计算流程图如图4所示。输入热泵机组的已知参数和自定义参数,通过计算,利用程序的Listview输出循环各状态点的参数值,如表2所示。2.3影响溴化锂吸收式热泵机组性能的因素在进行了单效溴化锂吸收式热泵循环计算之后,通过改变已知工况(即外界条件),来研究使机组供热量最大的最佳工况点。外界条件往往根据不同运行条件或是一些人为因素,偏离当初的设计值,造成机组不能在设计工况下运行,因此,了解这些因素对溴化锂吸收式热泵机组性能的影响,对设计、运行和正确地选择机组有着指导意义。溴化锂单效热泵循环系统运行结果输出,如表3所示。2.3.1单次蒸发过程当其他参数不变时,在程序中改变低温热源出蒸发器时的温度,记录其对供热量的影响于Excel表中,并画出关系图,如图5所示。由图可见低温热源出蒸发器的温度升高时供热量随之增大。在理论上,蒸发压力取决于低温热源出蒸发器时的温度,当此温度升高之后,蒸发温度也会相应提高,导致蒸发压力上升,则吸收器中吸收蒸气的能力会加强,吸收的水蒸气变多,使稀溶液浓度变小,从而使浓度差(放气范围)变大,如图6所示,图中虚线为低温热源出蒸发器时的温度升高后的循环。在实际过程中,如图6中所示,实线所示部分表示设计工况时的循环过程。虚线为改变工况时的循环过程。当低温热源出蒸发器时的温度升高时,蒸发压力由Po升至Po”,吸收能力增强,吸收终了稀溶液的溴化锂质量分数ξa降低至ξa’。由于低温热源工质流量不变,供热量的增大使低温热源出蒸发器的温度稍有回升,蒸发压力由Po”回降至Po’,同时冷凝器、发生器以及吸收器的热负荷也随之增大,导致发生器出口处浓溶液温度由t4降低到t4’,冷凝压力由Pk升高至Pk’,发生器出口处浓溶液的溴化锂质量分数降低到ξr’。吸收器出口稀溶液温度由t2升高至t2’,溶液的循环由2-5-4-6-2变为2’-4’-6’-5’-2’。因为△ξr>△ξa,因而,随着低温热源出蒸发器时的温度升高,放气范围增大,供热量增大,性能系数增大。上面是假设除了蒸发压力变化之外,其他参数均不变。实际上,随着供热量的升高,循环各状态点参数均会发生相应的变化。在图6中的虚线表示了实际的变化过程。2.3.2热媒水温度和冷凝器压力对循环放气的影响到了“循环”当其他参数不变时,改变热媒水温度,记录其对供热量的影响于Excel表中,并画出关系图,如图7所示。由图可见,热媒水温度升高时供热量随之减小。热媒水进口温度的升高,首先会引起吸收器内溴化锂稀溶液的温度的升高,之后热水流经冷凝器,会导致冷凝温度升高,而致使冷凝压力的上升。吸收器内稀溶液温度的升高会减弱溴化锂溶液吸收水蒸气的能力,随之稀溶液的浓度会升高;而冷凝压力的上升会使会使浓溶液的浓度减小,两者皆会使浓度差变小。放气范围变小,供热量减小。如图8所示,图中虚线为热媒水温度升高后的循环。图8中,实线为设计工况时的循环过程,随着热媒水温度的升高,吸收器出口处稀溶液温度由t2升至t2”,溴化锂质量分数ξa也随之升高,冷凝温度升高,冷凝压力也升高至pk”,从而使发生器出口处浓溶液的溴化锂质量分数ξr增加。显然,它将使循环的放气范围减小,供热量减小。但随着供热量的减小,吸收器的热负荷随之减小,稀溶液出口处温度t2”回降至t2’;低温热源介质出蒸发器的温度降低,蒸发压力Po升高至Po’;冷凝器负荷减小,冷凝压力由Pk”回降至Pk’;发生器热负荷减小,发生器出口处浓溶液的温度由t4升高至t4’,从而使循环由2-5-4-6-2变为2’-5’-4’-6’-2’。此时,浓溶液的浓度减小了,稀溶液的浓度增大了,其浓度差值由(ξr-ξa)减小至了(ξr’-ξa’),因此,供热量减小。但实际运行中,供热量的减小,使得循环中各参数发生了变化,虚线所示即为参数变化后的实际循环。其放气范围的变化为:由于放气范围减小,故供热量减小,性能系数减小。则有:Φ’0<Φ”<Φ0。3溴化锂热泵机组的问题本篇论文以溴化锂溶液的热物性计算为基础,针对单效第一类溴化锂吸收式热泵机组的循环特点,利用计算机VisualBasic语言,对溴化锂溶液的热物性参数以及制热循环建立计算机模型。利用该模拟程序可解决以下几项问题:(1)已知溴化锂水溶液其中两个参数时,可以较准确的计算溴化锂水溶液的其他热力参数;(2)便于掌握对机组运行状态各循环点的计算数据预测;(3)