第7章_溴化锂吸收式制冷机--热力计算等

第七章溴化锂吸收式制冷机目的、要求1.了解溴化锂水溶液的性质；2.掌握溴化锂吸收式制冷循环的原理、流程和特点；3.熟悉溴化锂吸收式制冷机的设计计算。第一节溴化锂水溶液的性质7．1．1水特点：便宜，安全，气化潜热大，常压下蒸发温度高（100℃），常温下饱和压力低，0℃以下结冰。7．1．2溴化锂属盐类，融点549℃,沸点高（1265℃,不挥发），易溶于水，性质稳定。7.1.3溴化锂水溶液1．无色、咸味、无毒。2．溶解度（质量浓度）随温度降低而降低。不宜超过66%，防止结晶。3．水蒸气分压力（=溶液蒸气总压力）很低。①具有吸收温度比它低的水蒸气的能力；同温度下，溶液蒸气分压力远低于纯水饱和蒸汽压。②溶液中的蒸气处于过热状态。同压力下，溶液蒸气温度高于纯水饱和温度。溴化锂-水溶液性质溴化锂-水溶液性质7.1.3溴化锂水溶液4．密度大于水。5．比热容小,热力系数大。6．粘度大，表面张力大。7．导热系数随浓度增大而降低；随温度升高而增加。对黑色金属和紫铜等材料腐蚀性强烈。7.1.4计算公式溶液的饱和温度，定压比热，密度，质量浓度，导热率，动力粘度，表面张力。溴化锂-水溶液的密度溴化锂-水溶液的比热容溴化锂-水溶液的动力粘度溴化锂-水溶液的表面张力溴化锂-水溶液的导热系数第二节溴化锂吸收式制冷机原理7．2．1工作原理与循环1）原理：溶液中水蒸气分压力很低，具有吸收纯水的水蒸气的能力。使纯水蒸发吸热。为使吸热连续进行，设置发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、节流阀、溶液泵、溶液热交换器等设备组成溴化锂吸收式制冷机。图7-7吸收制冷的原理2）吸收式制冷循环系统节流阀冷凝器发生器工作蒸汽吸收器冷却水蒸发器调压阀单效溴化锂吸收式制冷机工作过程组成热源回路冷却水回路冷媒水回路冷剂水回路溶液回路溴化锂吸收式制冷机的系统A-发生器B-冷凝器C,F-节流阀D-蒸发器E-吸收器G-溶液热交换器H-泵3）设备的作用①发生器：加热使稀溶液中的水蒸发变为浓溶液。②冷凝器：冷却使水蒸气冷凝为纯水。③节流阀：降压，使水在低压下蒸发。④蒸发器：纯水蒸发吸热制冷。⑤吸收器：浓溶液吸收水分使蒸发器的水蒸发。其中设置冷却水管用于吸收吸收热。⑥溶液泵：提升溶液压力，使水蒸气能在常温下凝结。⑦溶液热交换器：使出发生器的浓溶液冷却，出吸收器的稀溶液加热，有效利用能量。冷凝器与发生器在一容器中，蒸发器与吸收器在一容器中。避免连接管路过粗。4）工作过程①发生器水蒸气→冷凝器冷凝成水→U型管节流→蒸发器制冷②发生器浓溶液→节流降压→吸收器吸收水蒸气→泵升压→发生器（压缩机的功能）溴化锂吸收式制冷机7.2.2工作过程在h-ξ图上的表示一．理想过程①工质流动无阻力损失。②设备与周围空气无热交换。③发生和吸收终了为平衡状态。④冷凝器、发生器压力为Pk，蒸发器、吸收器压力为P0。溴化锂吸收式制冷机理论循环在h-ξ图上的表示1）发生器中的发生过程2）水蒸汽冷凝过程3）水蒸汽节流过程4）水蒸汽蒸发过程5）吸收器中的吸收过程（1）发生过程吸收器2(饱和稀溶液)→发生器泵2→溶液热交换器7→发生器(饱和溶液5→4)(P0,t2,ξa)→(Pk,t2,ξa)→(Pk,t7,ξa)→(Pk,t5,ξa)→(Pk,t4,ξr)①水分蒸发3（开始5，终了4）②浓溶液4→吸收器2→7稀溶液在溶液热交换器中升温。7→5→4发生器中加热和发生过程。（2）冷凝过程发生器3(过热水蒸气→冷凝器（饱和水蒸气3→饱和液体水3）(Pk,t3,0)→(Pk,t3，0)→(Pk,t3,0)3→3水蒸气在冷凝器中的冷却和冷凝过程。（3）节流过程饱和液体水3→节流器降压3（饱和蒸气1与饱和液体1混合的湿蒸气）→蒸发器(Pk,t0)→(P0,t1,0)3→3水蒸气在节流装置中的节流过程。（4）蒸发过程冷剂水（饱和液体）点1→蒸发器1（饱和水蒸气）(P0,t10)→(Pk,t3,0)1→1冷剂水在蒸发器中的蒸发过程。（5）吸收过程浓溶液4(饱和浓溶液)→溶液热交换器8→吸收器(先8与2混合→9,后9→2吸收)(Pk,t4,ξr)-(Pk,t8,ξr)-(Pk,t9/,ξ0)-(Pk,t2,ξa)ξaqmf=(qmf-qmd)ξr，ξaqmf/qmd=(qmf/qmd-1)ξr循环倍率：a=qmf/qmd=ξr/(ξr—ξa)；放气范围：ξr—ξa4→8浓溶液在溶液热交换器中降温，8与2混合→9，9→9→2中间溶液降压并吸收水气的过程。二．实际过程发生器的PgPkξr/ξr，发生不足ξr-ξr/。吸收器的PaP0ξa/ξa，吸收不足ξa/-ξa。第三节溴化锂吸收式制冷机的热力和传热计算包括：热力计算、传热计算、结构设计计算、强度校核计算7.3.1热力计算（1）已知参数①制冷量Q0②冷媒水出口温度tx/③冷却水进口温度tw④加热热源温度0.1～0.25Mpa，或75℃以上的热水。（2）设计参数①吸收器出口冷却水温度tw1冷凝器出口冷却水温度tw2冷却水串联吸收器→冷凝器，总温升按7～9℃。②冷凝温度与压力tk=tw2+(2～5)℃；Pk=f(tk)③蒸发温度与压力t0=tx/-(2～4)℃；P0=f(t0)④吸收器内的最低（出口）温度t2t2=tw+Δtw1+(3～5)℃；⑤吸收器压力PaPa=P0-ΔP0ΔP0=10～70Pa⑥稀溶液浓度ξaξa=f(Pa，t2)⑦浓溶液浓度ξrξr=ξa+(0.03～0.06)⑧发生器溶液的最高温度t4t4=f(ξr，Pg)Pg=Pkt4=th-(10～40)℃th：热源温度⑨溶液热交换器出口温度t7与t8t8=t2-(15～25)℃由热平衡方程式求t7qmf(h7-h2)=(qmf-qmd)(h4-h8)a=ξr/(ξr-ξa)h7=a-1/a•(h4-h8)+h2由ξa和h7确定t7为强化吸收，将一定量的稀溶液与浓溶液混合形成中间溶液9ˊ喷淋。由热平衡方程式求h9/和ξ0(qmf-qmd+qm)h9/=(qmf-qmd)h8+qmh2再循环倍率：f=qm/qmdh9/=(a-1h8+fh2/(a+f-1)f=20～50,或直接用浓溶液喷淋f=0,中间溶液浓度ξ0=fξa+(a-1)ξr/(a+f-1)⑩吸收器溶液喷淋状态(3)设备热负荷计算①制冷机中冷剂水的流量qmwqmw=Q0/q0q0=h1/-h3②发生器热负荷QgQg=(qmf-qmd)h4+qmdh3/-qmfh7=qmd[(a-1)h4+h3/-ah7]③冷凝器热负荷QkQk=qmd(h3/-h3)④吸收器热负荷QaQa=(qmf-qmd)h8+qmdh1/-qmfh2=qmd[(a-1)h8+h1/-ah2]⑤溶液热交换器热负荷QexQex=qmf(h7-h2)=(qmf-qmd)(h4-h8)=qmd[a(h7-h2)=qmd[(a-1)(h7-h2)](4)装置的热平衡式、热力系数及热力完善度忽略泵的功率消耗Qg+Q0=Qa+Qk热力系数：ζ=Q0/Qg单效ζ=0.65～0.75;双效ζ=1热力完善度：β=ζ/ζmax121323aTTTTTTxm(5)加热蒸气的消耗量和各类泵的流量计算①加热蒸气的消耗量：qmv=AQg/(h//-h/)②吸收器泵的流量:qvs=qma×3600/ρ0×103③发生器泵的流量:qvg=qmf×3600/ρa×103④冷媒水泵的流量:qv0=Q0×3600/1000(tx//-tx/)cp⑤冷却水泵的流量吸收器：qvb1=Qa×3600/1000(tw1-tw)cp发生器：qvb2=Qk×3600/1000(tw2-tw1)cpqvb1=qvb2⑥蒸发器泵的流量:qvd=αqmd×3600/1000蒸发器冷剂水再循环倍率α=喷淋量/蒸发量=10～207.3.2传热计算（1）传热计算公式F=Q/K（Δ-aΔta-bΔtb）m2若换热时流体温度没有变化，Δt=0.(2)各种换热设备传热面积的计算①发生器:Fg=Qg/kg(Δ-bΔtb)=Qg/[Kg(th-t5)-0.65(t4-t5)]②冷凝器：Fk=Qk/Kk(Δ-bΔtb)=QK/[KK(tK-tW1)-0.65(tW2-tW1)]③吸收器：Fa=Qa/Ka（Δ-aΔta-bΔtb）=Qa/[Ka(t9-tw)-0.5(tW1-tW)-0.65(t9-t2)]④蒸发器：F0=Q0/K0(Δ-bΔtb)=Q0/[K0(tx//-t0)-0.65(tx//-tx/)]⑤溶液热交换器：Fex=Qex/Kex（Δ-aΔta-bΔtb）=Qex/[Kex(t4-t2)-0.35(t7-t2)-0.65(t4-t8)](3)传热系数—查表第四节溴化锂吸收式制冷机的性能及提高途径7.4.1溴化锂吸收式制冷机的性能（1）加热蒸气压力（温度）的变化对机组性能的影响Ph↑→Q0↑;Ph≤0.294Mpa(132℃)发生浓溶液结晶的危险和削弱珞酸锂的缓蚀作用。溴化锂吸收式制冷机的性能受冷媒水、冷却水的温度、流量、水质，加热蒸气的温度、溶液流量等影响。hpMPa表图7-16加热蒸气压力与制冷量的关系加热蒸气压力变化对循环的影响①Ph↓→发生器浓溶液出口温度t4↓→t4/，浓度ξr↓→ξrˊ→水蒸气量减少→Q0↓→冷凝器、吸收器热负荷减少（Pk↓Pk/↓，溶液出吸收器温度t2↓→t2ˊ）②Q0↓→冷媒水出口温度↑→蒸发压力P0↑。循环由2-5-4-6-2变为2ˊ-5ˊ-4ˊ-6ˊ-2ˊ。ΔξaΔξr，总放气范围减少a=ξr/(ξr-ξa)，制冷量下降，热力系数降低。图7-17加热蒸气压力变化对循环的影响（2）冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响xt(℃)图7-20冷媒水出口温度与制冷量的关系冷媒水出口温度tx/↓→蒸发压力P0↓→吸收能力减弱→ξa↑→放气范围减少→Q0↓→冷媒水出口温度回升→蒸发压力P″0↑→Pˊ0，冷凝器、吸收器热负荷减少→发生器浓溶液出口温度t4↑→t4/Pk↓→Pkˊ，溶液出吸收器温度t2↓→t2ˊ（2）冷媒水出口温度的变化对机组性能的影响循环由2-5-4-6-2变为2ˊ-5ˊ-4ˊ-6ˊ-2ˊ。ΔξrΔξa，总放气范围减少a=ξr/(ξr-ξa)，制冷量下降，热力系数降低。冷媒水出口温度的变化对循环的影响（3）冷却水进口温度的变化对机组性能的影响冷却水进口温度tw↓→溶液出吸收器温度t2↓t2″→ξa↓；Pk↓Pk/→发生器出口浓溶液ξr↓→放气范围↑→Q0↑→吸收器热负荷增加（溶液出吸收器温度t2″↑→t2ˊ）→冷媒水出口温度↓→蒸发压力P0↓→冷凝器热负荷增加Pk″↑Pkˊ→发生器负荷增加，浓溶液出口温度t4↓→t4/，循环由2-5-4-6-2变为2ˊ-5ˊ-4ˊ-6ˊ-2ˊ。放气范围↑，Q0↑，热力系数提高。（4）冷却水量与冷媒水量的变化对机组性能的影响冷却水量↑→Q0↑冷媒水量↑→Q0影响很小。（6）稀溶液循环量qmf对机组性能的影响循环倍率：a=qmf/qmd不变时,Q0=qmfΔh（5）冷却水与冷媒水质的变化对机组性能的影响污垢对制冷量产生不利的影响（7）不凝气体对机组性能的影响增加溶液表面的分压力，吸收效果降低；传热管热阻增大，制冷量降低。7.4.2提高溴化锂吸收式制冷机性能的途径（1）及时抽除不凝性气体原因：蒸发器、吸收器的绝对压力极低，易漏入气体。措施：设抽气装置（两种），设于冷凝器与吸收器的上部。前者带水气分离器，中间溶液喷淋，吸收水气，不凝性气体由分离器顶部排出，经阻油器进入真空泵排出。阻油器用于防止真空泵停机时，大气压力将油压入制冷系统中。后者为自动抽气。由引射器引射不凝性气体入气液分离器，打开放气阀排气。(2)调节溶液的循环量发生器热负荷一定①进入发生器的稀溶液循环量↑→溶液浓度差↓→水蒸气量↓→Q0↓进入吸收器的浓溶液循环量↑→吸收液温度↑→吸收效果↓→Q0↓②溶液循环量↓→机组部分负荷运行→制冷能力未充分发挥溶液循环量↓→溶液浓度差↑→结晶危险(3)强化传热与传质过程①添加能量增强剂。如辛醇②减少