单效溴化锂吸收式制冷机组性能研究及其应用.pdf

硕士学位论文单效谟化锂吸收式制冷机组性能研究及其应用Performance Study of Solar LiBr Absorption Chiller and Its Application_：大连理I.大学硕士学位论文摘 要随着世界能源危机愈加严重，太阳能溟化锂制冷系统以其节能电耗、无污染等优点 成为国内外研究的热点。然而，此系统距大规模应用还有一定距离。在机组小型化方面，对应用板式换热器的嗅化锂制冷机组的优化设计和性能研究不足，在太阳能吸收式制冷 系统中，集热器系统、制冷机组和建筑负荷的匹配的动态性能还需进步分析。因此，本文以小型太阳能演化锂吸收式制冷系统为研究对象，分析r各参数对单效溟化锂制冷 机组性能的影响特性及其系统运行特性，具体研究工作如下：首先，建立了滨化锂水溶液及饱和水和水蒸气的热物性参数数学模型，利用集总参 数法，建立了单效滨化锂吸收式制冷机蛆各部件传热数学模型。第二，对单效溟化钾吸收式制冷机组进行优化设计，分析各设计参数变化对机组的 传热面积和COP的影响，得到最优的各部件传热面积和工质流量c第二，对单效浪化锂吸收式制冷机组进行性能分析。分析了热源水进口温度、冷水 出口温度、冷却水进口温度等外部条件对单效漠化锂吸收式制冷机绡性能的影响，研究 了在部分负荷下系统的运行状态，分析了热水流量、溶液循环量、冷却水量和冷冻水量 的变化对机组COP和制冷量的影响，并给出了工质流量的变化引起的各换热部件的换 热能力的变化情况，计算出了机组危险工况范围。最后，对太阳能浪化锂吸收式制冷系统进行数值模拟研究，优化了系统集热器面积 和蓄热水箱体积，分析了系统在全天运行过程中各参数及机组性能随太阳能辐射强度的 动态变化特性。关键词：太阳能制冷；单效澳化锂制冷；动态性能分析；优化设计太昵能浪化锂吸收式制冷系统动态性能分析Performance Study of Solar LiBr Absorption Chiller and Its ApplicationAbstractAs the the world energy crisis more and more serious,a solar lithium bromide(LiBr)absorption refrigeration system has become hotspot in the field of renewable energy utilization owing to its characteristics of saving energy and no pollution.However,there is a long way from large scale application.In this paper,the performance of a solar single-effect lithium bromide absorption refrigeration system is studied.The main studies,by method of numerical simulation,are as follows:Firstly,thermal physical properties mathematical models of of lithium bromide solution,saturated water and water vapor are developed.Mathematical models of the components of the solar LiBr absorption refrigeration system are established,by using lumped parameter method.Secondly,optimization design process of the single-effect LiBr-H?。absorption refrigerating unit is analyzed.The effect of design variables on units area and the COP is gained and heat transfer area of the components and working medium flow are obtained.Thirdly,the performance of a solar single-effect lithium bromide absorption refrigeration system is analyzed.The effect of the inlet temperature of hot water,outlet temperature of cold water,inlet temperature of cooling water and other external conditions on the performance of the chiller is analyzed.Running state of the system under partial load is simulated and the effect of flow rate of hot water,solution,cooling water and cold water on the refrigerating capacity and COP of the unit and heat exchange capability of the components is gained and the range of dangerous condition of the unit is calculated.Finally,The area of collector and tank is optimized and variation of dynamic performance of system on the whole day with solar radiation and the building cooling load is analyzed.Key Words：Solar Cooling System;Single-effect Lithium Bromide Absorption Refrigeration System;Dynamic Performance Analysis;Optimization Design11大连理工大学硕士学位论文目 录摘 要.IAbs tract.II1绪论.11.1 研究背景和意义.11.1.1 能源危机.11.1.2 太阳能资源.11.1.3 太阳能吸收式制冷.11.2 国内外研究概况及发展趋势.21.3 太阳能滨化锂吸收式制冷系统存在的问题.61.4 本文主要研究内容.72单效溟化锂吸收式制冷机组的数学模型.92.1 演化锂水溶液热物性参数数学模型.92.1.1 溪化锂水溶液动力粘度.92.1.2 溪化锂水溶液的结晶温度方程.92.1.3 澳化锂水溶液的密度.102.1.4 溟化锂水溶液的定压比热容.102.1.5 滨化锂水溶液的比培.112.1.6 漠化锂水溶液的表面张力.112.1.7 澳化锂水溶液的热导率.122.1.8 溟化锂水溶液平衡方程.122.2 饱和水和水蒸汽的热物性数学模型.132.2.1 饱和压力方程.132.2.2 饱和温度方程.142.2.3 饱和水和水蒸汽的密度.142.2.4 饱和水和水蒸汽的比培.152.2.5 饱和水和水蒸汽的定压比热.162.2.6 饱和水和水蒸汽的比嫡.162.2.7 饱和水和水蒸汽的热导率.172.2.8 饱和水和水蒸汽的动力粘度.172.2.9 饱和水汽化潜热.182.2.10 饱和水普朗特常数.18-III-太阳能漠化锂吸收式制冷系统动态性能分析2.3 单效漠化锂吸收式制冷机组传热计算数学模型.182.3.1 单效溟化锂吸收式制冷系统制冷原理及机组结构示意图.182.3.2 单效溟化锂吸收式制冷系统的数学模型.202.4 本章小结.223单效演化锌吸收式制冷机组的优化设计.233.1 单效浸化锂吸收式制冷机组结构初步设计计算.243.1.1 设计参数选定.243.1.2 主要状态点参数.253.1.3 各换热设备热负荷.263.1.4 热力系数.273.1.5 工作介质流量.273.1.6 换热设备传热面积.283.2 单效溟化锂吸收式制冷机组的优化设计.293.2.1 单效溟化锂吸收式制冷机组的优化设计程序计算框图.293.2.2 单效溟化铎吸收式制冷机组优化设计分析.303.2.3 单效溟化锂吸收式制冷机组的优化设计结果.353.3 单效溟化锂吸收式制冷机组的结构设计.383.3.1 蒸发器的结构设计.383.3.2 吸收器的结构设计.393.3.3 发生器的结构设计.403.3.4 冷凝器的结构设计.413.3.5 热交换器的结构设计.423.4 本章小结.434单效溟化钾吸收式制冷机组的性能分析.444.1 单效溟化锂吸收式制冷机组各部件及系统的热力计算流程.444.1.1 蒸发器的热力计算流程.444.1.2 吸收器的热力计算流程.444.1.3 发生器的热力计算流程.454.1.4 冷凝器的热力计算流程.464.1.5 热交换器的热力计算流程.464.1.6 单效溟化锂吸收式制冷机组的性能分析程序计算框图.47IV-大连理1大学硕士学位论文4.2 单效浸化锂吸收式制冷机组的性能分析.484.2.1 冷却水进口温度对系统性能的影响.484.2.2 热源水进口温度对系统性能的影响.504.2.3 冷冻水出口温度对系统性能的影响.514.2.4 热源水流量对系统性能的影响.534.2.5 溶液循环量对系统性能的影响.554.2.6 冷却水量对系统性能的影响.564.2.7 冷冻水量对系统性能的影响.584.2.8 危险工况分析.594.3 本章小结.605太阳能单效溟化锂吸收式制冷系统的动态性能研究.625.1 太阳能集热器和蓄热水箱模型的建立.625.1.1 平板型集热器数学模型.625.1.2 蓄热水箱数学模型.645.1.3 辅助热源数学模型.645.1.4 环境参数模型.655.2 太阳能吸收式制冷系统动态性能分析.665.2.1 建筑负荷.665.2.2 太阳能集热系统性能分析.665.2.3 蓄热水箱和太阳能集热器的优化设计.695.2.4 太阳能吸收式制冷系统动态性能分析.705.3 本章小结.72结 论.74参考文献.75附录A符号表.79攻读硕土学位期间发表学术论文情况.81致 谢.82大连理工大学学位论文版权使用授权书.83大连理I:大学硕士学位论文1绪论1.1 研究背景和意义1.1.1 能源危机随着世界经济快速发展，对能源需求也不断增长，而不可再生能源的储备量却越来 越小。据2012年6月发布的BP世界能源统计年鉴2012数据表明，2011年全球一 次能源消费总量为122.7亿吨油当量，而2001年为94.3亿吨油当量，10年间增长了 30%。全球能源消耗量越来越大，而我国的形势更加严峻。2011年我国一次能源消费量占全球 一次能源消费的21.3%,为26.13亿吨油当量，比2001年提高10个百分点，位居世界 第小叫在我国的能源结构中，煤炭资源相对丰富，煤炭消费量占世界煤炭消费量的 48.2%,位居世界第户1。一次能源的大量利用，导致了严重环境污染和温室气体排放，严重制约了可持续发展2011年，在世界一次能源消费结构中，可再生能源仅占 1.6%，比例微乎其微。随着人们对建筑热环境要求的提高和我国城市化进程的加快，建筑能耗的总量和比重也不断增大。加强可再生能源在供热制冷中的应用，将是减缓环 境恶化、应对能源挑战、缓解能源压力的有力举措。、1.1.2 太阳能资源太阳能作为一种可再生能源，与常规能源相比，具有清洁、资源丰富等独特的优势。但因其间断性、低效性和成本高等缺点，在利用方面也受到了一定程度上的不利影响。我国太阳能资源丰富，全国三分之二的国土面积年R照小时数在2200小时以上。我国大部分地区属于热利用较丰富区和中等区，只有极少数地区的太阳能资源较贫乏叫 太阳能资源分布很广泛，具有广阔的应用前景。在2007年国家发改委研究制定的可 再生能源中K期发展规划就提出了我国可再生能源发展的指导思想，其中重点发展领 域就包括了太阳能发电和太阳能的热利用。1.13 太阳能吸收式制冷20世纪70年代以来，太阳能科技突飞猛进。太阳能的利用现阶段主要有光热发电、供暖、供热水和太阳能制冷等。在我国丰富的太阳能资源的条件下，有理由大力支持研 究太阳能制冷：首先，太阳能制冷系统对季节的匹配性好，当冷负荷大的时候，太阳辐 射强度也大，制冷量也最大，能够充分的利用太阳能；其次，应用太阳能制冷系统消耗 一小部分的电能，可以减缓夏季空调带来的电耗压力，应对我国H益增长的能源需求；第三，不产生污染环境的有害污染物；第四，太阳能制冷可以匹配对于太阳房或利用太 1太阳能漠化锂吸收式制冷系统动态性能分析阳能供暖在更季过热的情况，提高了太阳能系统的利用率。因此，伴随绿色建筑的兴起,太阳能制冷将是建筑能源结构中重要的组成部分，具有很大的发展前景。太阳能吸收式制冷已应用于实践，相比于太阳能吸附式制冷67】和太阳能喷射式制冷【7周有明显优势，实用性比较强，是太阳能制冷应用的主要路线，也是国内外研究太阳能 制冷的热点。但太阳能吸收式制冷系统受经济性差及系统不稳定性等影响，导致无法得 到广泛的利用。世界能源危机的加剧和环境污染严重是研究开发利用可再生能源技术的基本动力，我国丰富的太阳能资源又提供了研究利用太阳能的基础，研究太阳能吸收式制冷技术不 仅可以减低夏季电耗、节能减排，而且可以有效的利用我国丰富的太阳能资源，促进太 阳能建筑的发展，具有广阔的应用价值和较大的经济效益。因此，对太阳能制冷技术的 不足之处展开进一步的研究，增强太阳能制冷的实用性是非常有必要的。1.2国 内外研究概况及发展趋势目前，国内外在太阳能湿化锂吸收式制冷的实用化方面，都展开了大规模的研究。研究者利用实验、模拟或者两者结合的方法，对溟化锂制冷机组做了性能特性分析或者 对太阳能制冷系统进行优化设计，研究女用件更高且能够合理利用太阳能的制冷机组。我国通过建立太阳能吸收式制冷系统的示范工程，促进太阳能溟化锂制冷的发展。第一，我国太阳能空调系统示范工程的建立，对我国太阳能制冷研究起到了推动作 用。在上个世纪八十年代中后期，我国建立了太阳能空调热水系统示范工程，坚持对太 阳能制冷系统的研究。1987年，中国科学院广州能源研究所与香港理工大学合作在深圳 建成了一套科研与实用相结合的示范性太阳能空调与热水综合系统，制冷能力14kW,空调面积为80m2,采用两台R本矢崎公司生产的2冷吨单级嗅化锂吸收式制冷机。1999 年太阳能学报刊登介绍了由中国科学院广州能源研究所研制的太阳能制冷空调系统(李 傲洪、马伟斌等【)。该系统采用了面积为50()11?高效平板集热器和制冷量为100kW 的两级吸收式冷机，是在太阳能热水系统的基础上，配置冷机，实现太阳能的制冷和供 热水。当天气不好或水温不足时，燃气热水炉作为辅助热源加热，保证系统全天稳定运 行。制冷机组采用两级吸收式漠化锂制冷机，所需驱动热源温度低，65-70*C该太阳 能制冷供热水系统于1998年6月投入运行，运行结果表明太阳能集热器的系统效率较 高，在二三月份太阳辐射很弱的阴天，可以满足生活热水的需求，四月份供冷之后，太 阳辐射特别弱的情况下才需要使用辅助热源再加热。热源水温在60-65C也可以很稳定 地制冷运行，COP初测大于04。-2大连理I:大学硕士学位论文第二，很多研究人员在演化锂吸收式制冷机组的小型化进行了研究与开发，对机组 结构优化设计。廉永旺等人口”就研制出了一种新型的太阳能溟化锂制冷机组结构，该系 统采用的集热器是真空管内套U形管型，面积为6411)2,是lOkW的单级单泵制冷系统。该制冷机组采用单泵单级循环、浓溶液直接喷淋循环方式、无冷剂循环水泵，发生器和 蒸发器采用盘管机构，无管板胀管制造工艺，从而使得结构简单、紧凑，加工方便，造 价降低。实测该系统的平均COP达到0.67,工作性能稳定。在热水温度达到65C开始 制冷，可制得最低6c的冷水。李新梅设计的机组吸收器采用传热传质分离结构，可 以提高传热效率、节约传热器面积，并对机组的其他换热器也进行了优化设计，溶液热 交换器、发生器和吸收器采用板式换热器，冷凝器和蒸发器采用管壳式换热器，体积适 中，制冷效果良好而韩东等人网对吸收器、蒸发器、发生器均采用传热传质分离设计，通过高效板式换热器的预先冷却或加热的方法，达到制冷机小型化的目的。第三，为充分利用太阳能低温热源，许多学者也对吸收式制冷系统的循环形式进行 了改进。太阳能热源温度较低会影响溟化锂吸收制冷循环的效率，冯毅等人提出了改 进型太阳能澳化锂增压抽气吸收制冷循环，新循环不仅克服了传统循环的缺点，降低了 驱动热源温度，而且制冷循环相对稳定即使热源温度有波动时，新循环与传统循环的制 冷系数也基本相当。吴嘉峰等人【对增压辅助型机组循环流程提出在冷凝器前加装隔离 阀的改进方案，使系统能够无光照条件下使用低温余热，并可有效回收压缩功。循环改 进后，溶液质量分数差在0.04-0.06之间时COP有最大值。热源温度定时，发生压力 有最住值。随着热源温度降低，发生压力减小，压缩机压力比和功耗变大，但压缩功仍 比太阳辐射的有用功小。第四，对太阳能双效澳化锂吸收式制冷系统的性能方面的研究。韩崇巍I网研究了太 阳能供能的双效澳化锂吸收式制冷系统，集热器采用抛物面槽聚焦型，建立了冷机的理 论传热模型，研究了不同运转条件下的制冷性能，分析了易产4：的系统故障。对系统在 不同温度和热源水流量的条件下进行了性能分析和系统优化，增设蓄热水箱和燃气辅助 加热装置，对双效并联制冷系统的双热源工作模式进行了初步理论研究。上海交通大学 m对太阳能和燃气联合驱动的10kW双效浪化锂吸收式系统进行了性能模拟。双效吸收 式系统可以减低热转换的不可逆性，COP值约为1.2,可达到单效系统的两倍，而把太 阳能作为辅助热源可产生更高的COP值。在此系统中，常规能源、天然气和太阳能联 合驱动高压发生器，而高压发生器给低压发生器提供能量。提供给低压发生器的热水温 度接近此系统可实现在夏季制冷，冬季供热和全年的生活热水。模拟结果显示此 类型的系统是可靠的，经济的。当集热器面积是13.6m?时，太阳能的输入是5kW，年 总花费为最小值1119美元。为了更好的对比此系统的优越性，还有其他4种不同的系 3-太阳能溟化锂吸收式制冷系统动态性能分析统（包括燃气驳动双效吸收式系统、单效太阳能吸收式系统等）被建立。结果表明这种 联合供热系统的经济性是最好的。第五，除以上介绍的几个方面的研究外，对吸收式制冷还有以下的研究。刘婷等人 同分析了溟化锂降膜式吸收器吸收过程流动的物理模型，建立了数学模型，并进行数值 求解，流动分析，得到溟化锂溶液的局部降膜流动结果。尹世永附分析了圆形热虹吸泵 和弦月形热虹吸泵的不足，提出了三角形热虹吸泵。通过试验研究，得出了三角形热虹吸 泵的工作特性与运行温度、液位高度以及真空度之间的关系，经过CFX模拟分析研究 了对三角形热虹吸泵产生影响的敏感性等因素。王强等人23研究了小温差相变传热的应 用，采用内、外管同时加热弦月形通道内的溟化锂稀溶液，减小传热温差，降低过热度，使溶液在7a80C的水温下沸腾；蒸发器中采用管外多级降膜蒸发技术，实现小温差相 变传热，提高冷剂水的蒸发率，解决了冷剂水蒸发不完全的问题。除了对太阳能制冷系 统做了许多的实验研究分析外，许多研究者还对这一系统进行了建模仿真分析。张永恒，李熠等就利用McG S组态软件和VB编程语言，建立了太阳能驱动溪化锂吸收式制 冷装置的仿真计算模型，利用集热器提供的70-80C热水，来制取615c的冷冻水，供 夏季空调使用。国外不同地区对太阳能制冷系统也有很多不同的研究，主要对系统件能进行模拟分 析，得出不同因素对系统的影响，并结合经济性和寞用性，对系统进行分析、优化和设 计0F.As s ilzadeh等人利用TRNSY S仿真平台为马来西亚模拟太阳能澳化锂制冷系统，并分析和优化系统的各部分。结果显示该系统与该地区的气候相符，太阳福射高的时候，冷负荷也越大。结合经济性，确定了系统的集热器倾角为20度，泵的转速为0.25kg/s,蒸发温度为91V,蓄水箱尺寸为Oln?,真空管集热器的尺寸为35m2。Ming Qu,H ongxi Y in等人即就对太阳能制冷和供热系统进行了实验研究和模拟仿真，来探究在建筑耗能 方面如何能纺最有.效的利用太阳能。该系统太阳能集热器为52 nf的抛物型集热器，制 冷机组为16kW的双效澳化锂吸收式制冷机组。实验得吸收式制冷机组的COP在1.0-1.1 的范围内，整个太阳能制冷系统的COP大约为0.33-0.44,制冷机组的最大输出为12kW。在实验系统的基础上，利用TRNSY S进行系统仿真，进行性能分析。最优化分析表明 最优系统水箱体积为4m-在最优化系统情况下可以提供Pitts bu rgh的39%的制冷量和 20%的热量。表1.1列出了国外太阳能溟化锂吸收式制冷系统的研究现状以461，从经济性和太阳 能热源供热温度方面考虑，多数研究者选择了单效溟化锂吸收式制冷系统来研究3。平】，4-人连理:大学硕士学位论文对双效制冷系统主要研究新型的集热器以满足其对热水温度的要求，并分析优化系统循 环形式，设计构建系统林的。表1.1国外太阳能滨化锂吸收式制冷系统的研究现状0“Tab.1.1 The foreign s tu died s itu ation of LiBr abs orption s ys tem1-序号时间研究者研究内容参数研究 方法地点11987Bong et al.单效热水型太阳能空调 系统的性能研究制冷量7kW；集热器面积 32m2试验新加 坡21991Al-K araghouli el al.夏季太阳能研究中心建 筑热.性能评价两台冷机功率2U.02kW；集 热器面积1577m1；两个水箱体积15m试验伊拉 克31992Y eu ng et al.单效太阳能空调系统的制冷量4.7kW：集热器面积试验性能38.2m,：水箱体积2.75m,1993Ts ilingiris家用单效太阳能空调系制冷信7kW：集热器面积模拟希腊4PT统的理论模拟50m：水箱体积1m51995H ew ett双效热水型太阳能吸收 式制冷的应用制冷量560kW：集热器面积 1245m制冷量10.5kW：最小集热器试验美国6G haddar et单效太阳能吸收式制冷面积23.3m7吨制冷量：最模拟黎巴199/al.系统性能的建模与仿真优水箱体积1-L5m7吨制嫩冷量1998Meza el al.单效太阳能辅助空调系冷机功率35.17皿;集热器试验波多7统的应用的试验评估面积113m2：水箱体积5.7-黎各81999Bes t et al.单效太阳能制冷系统的 研究制冷量90kW：集热器面积316ml水箱体积30m试验92001Z.F.Li et al.应用分层水箱的单效太 阳能空调系统的试验研 究制冷量4.7kW；集热器面积 38m：；水箱体积2.75m模拟香港102002Florides et al.全年制冷供热的单效吸 收式太阳能系统的建模 与仿真制冷量18kW；集热器面积15m,：水箱体积0.6m模拟塞浦 路斯112004Du ff et al.新型的复合抛物面集热 器和双效热水型太阳能 吸收式制冷机组的性能制冷垃70kW：集热器面积106.51；水箱体积3.9m试验美国122005F.As s i1zadeh et al.应用真空管集热器的单 效太阳能汉化理吸收式 制冷系统的模拟与优化制冷量3.5kW：最优集热器 面积35m；水箱体积0.8n?模拟马来 西亚5太阳能溟化锂吸收式制冷系统动态性能分析序号时间研究者研究内容参数研究方法地点132005Syed et al.单效太阳能制冷系统的 新型试验研究制冷量35.17kW；集热器面积49.9晨水箱体积2m试验西班 牙142005Loku rlu et al应用槽型抛物集热器的 双效蒸汽型太阳能吸收制冷量UOkW；集热器面积试验式制冷系统的经验152007Perez空冷吸收器的传热传质 效果和单效热水型太阳 能制冷太阳能驱动吸收式制冷制冷量12.31kW：集热器面 积56m；水箱体积24m试验波多 黎各162007M.M.Ardehali et al.系统的能耗模拟和晴空 指数对辅助热源使用率集热器面积100（后模拟伊朗的影响172008Mazlou mi et槽型抛物而集热器的单 效热水型太阳能滤化锂制冷量17.5皿;集热器面积57.6m-模拟a 1.吸收式制冷系统的模拟182008Z ambrano et单效太阳能制冷装置的制冷星：35.17kM集热器面试验al.模型发展和验证积151RT：水箱体积2.5m192008Pongtornku l panich el al.投入运行的太阳能驱动 的单效滨化锂系统吸收 式制冷系统的经验制冷量33.17k重;集热器面 积72nf：水箱体积0.4m、试验泰国202008Ahmed H amza H.Ali et al.复合了自由制冷和太阳 能驱动的单效热水型溟 化锂吸收式制冷机组的 性能评估制冷量35.17kW集热器面 积108nA热水水箱体积 6.8m,；冷水水箱L 5m试验德国212010Ming Qu et al.V.Ca)is e ei al.试验和模拟（TRANSY S）双效热水槽型抛物面 集热器单效太阳能制冷供暖系制冷量16kM集热器面积 52m2；最优水箱体积4m试验 模拟美国222010统在T肿不同1况卜的 瞬态分析和能耗优化模拟232010T.Ts ou ts os et al.太阳能制冷系统的优化 设计制冷量70kW：集热器面积500m-；水箱体积15m模拟希腊242011C.Monne et al.太阳能澳化锂吸收式制 冷系统稳态分析制冷量4.5kW试验 模拟西班 牙1.3太 阳能溟化锂吸收式制冷系统存在的问题太阳能溟化锂吸收式制冷系统因其季节匹配性好、不污染环境等优点成为太阳能开 发利用领域的研究热点，许多学者对其进行了模拟和实验研究，以性能分析、优化系统 人连理工人学硕士学位论文并设计出合理的循环形式，以达到最大程度的有效利用太阳能。但是，此系统离大规模 的应用还有一定的距离，还存在着如下不足：（1）在对溟化锂吸收式制冷机组进行仿真模拟时，各换热器的传热系数K值的选 取直接关系到仿真过程中算得的制冷量的大小及COP的值，研究者将K值设定为定值，但实际K值是随流量、温度等因素变化的。（2）在机组设计过程中，研究者没有分析设计变量的取值对设计结果的具体影响，对设计变量进行敏感性分析，不同的优化方法对优化设计结果的影响还需做进一步的研 究。（3）太阳能吸收式制冷系统结构复杂，参数繁多，应深入研究系统各参数设置，分析系统全天运行特性，优化太阳能集热器面积和水箱体积，提高系统性能。（4）在进行太阳能吸收式制冷系统设计时，没有统一的设计准则和技术准则。1.4本 文主要研究内容针对以上系统的不足之处，本论文对单效溟化锂吸收式制冷系统进行性能分析，对 太阳能吸收式制冷系统进行夏季的制冷工况分析，研究系统随太阳辐射变化各部分的动 态性能变化情况。1）单效溟化锂吸收式制冷机组性能分析（1）建立溟化锂水溶液及水和水蒸气的热物性数学模型和机组传热数学模型。根 据ASH RAE手册中演化锂水溶液及水和水蒸气的物理性质图表，拟合热物性参数（如 漠化锂水溶液比熔、热导率等，饱和水和水蒸气的密度、比焰等）变化方程。利用集总 参数法，建立单效演化锂吸收式制冷机组各部件传热数学模型”（2）对单效滨化锂吸收式制冷机组进行结构优化设计。对单效溟化锂吸收式机组 的优化过程进行了分析，观察各设计参数变化对机组的传热面积和COP影响，得到最 优的各部件传热面积和工质流量。（3）对单效溟化锂吸收式制冷机组进行性能分析。分析热源水进口温度和流量、冷水出口温度和流量、冷却水进口温度和流量等外部条件对单效溟化锂吸收式制冷机组 性能的影响，并模拟在部分负荷下系统的运行状态，计算出危险工况的范围。2）太阳能单效溟化锂吸收式制冷系统动态性能分析（1）建立太阳能集热器集热系统模块。建立太阳能集热器的传热模型，对太阳能 集热器集热系统进行数值模拟，分析太阳辐射、热水流量及尺寸等对集热器性能的影响。输入气象参数，分析热水到一定设定温度所需要的时间。-7-太阳能浪化锂吸收式制冷系统动态性能分析（2）对太阳能单效漠化锂吸收式制冷系统进行动态性能分析。计算建筑冷负荷，并根据最大建筑冷负荷，基于上述单效漠化锂吸收式制冷机组模块和太阳能集热系统模 块，设计太阳能单效溟化锂吸收式制冷系统，优化系统集热器面积和蓄热水箱面积，分 析全天系统性能随太阳辐射变化情况，并分析系统随建筑负荷变化的动态特性。8大连理I.大学硕士学位论文2单效溟化锂吸收式制冷机组的数学模型本章首先介绍溟化锂水溶液、饱和水和水蒸汽热物性参数数学模型，其次介绍了单 效溟化锂吸收式制冷机组的制冷原理及机组各部件传热数学模型。2.1 浸化锂水溶液热物性参数数学模型漠化锂吸收式制冷机组的制冷剂为水，吸收剂为溟化锂溶液展工对澳化锂吸收式制 冷机组进行优化设计及性能分析时，需要了解澳化锂水溶液、饱和水和水蒸气的热物理 性质，因此需要建立其热物性参数的数学模型。2.1.1 澳化锂水溶液动力粘度溪化锂溶液的粘度随着溶液的温度和质量分数的变化而变化，其特点是，温度一定 时，粘度随着质量分数的增大而增大；质量分数一定时，粘度随着温度的升高而减小。文献48用多项式非线性回归的方法拟合出了溟化锂水溶液的动力粘度系数方程，如下 式：=七4 夕+&纥-+*火+苣。4ttE6（2.1）ns0 0 n=0 n-0式中，为溪化锂水溶液动力粘度系数，mPas；/为溟化锂溶液的温度，C,适用 范围为2O420C；E为澳化锂水溶液的质量分数，适用范围为0.40.66；4、&、C”、D、E为方程回归系数，取值见表2.1。表2.1澳化锂水溶液动力粘度计算方程的系数Tab.2.1 The coefficient of vis cos ity equ ation for I J Br-H j O s olu tionnA,.BncD“0280.29786-10.23590.168663-1.28817e-33.7648361-2467.103588.18418-1.4140041.05791e-2-3.0458 le-528236.95712-287.08734.464344-3.25918e-29.20812e-53-12295.1512417.76558-6.2911574.46873e-2-1.23458e-446987.19159-231.052583.366537-2.32197+26.25342e-52.1.2澳化锂水溶液的结晶温度方程对于一定质量分数的溟化锂饱和水溶液，当温度减低时，溟化锂在水中的溶解度变 小，会有澳化锂水合物晶体析出，形成溶液结晶。而结晶温度与质量分数有关，并不是 不变的，在溟化锂制冷机组中，无论运行或者停机，都应保证溟化锂水溶液处于液体状 态，防止溶液结晶，保障系统安全。-9-太阳能澳化锂吸收式制冷系统动态性能分析溟化锂水溶液的溶解度方程为14%g=0.5727+0.00095286rs+0.000010653+0.00000001659 k；(2.2)滨化锂水溶液的结晶温度方程为H 8)：4=-9943 J.6+640904.够-1554210.1房”+收次(2.4)n=0=0式中，为澳化锂水溶液的密度，kg/n?：r为溟化锂溶液的温度，C,适用范围为 0-I20-C：4为演化锂水溶液的质量分数，适用范围为0.47).66；4、&为方程回归系数，取值见表2.2。表2.2汉化锂水溶液密度计算方程的系数Tab.2.2The coefficient of dens ity equ ation for LiBr-H j O s olu tionn012341016.028844.165-419.0361696.176反-4.90327.309-55.46536.2732.1.4 澳化锂水溶液的定压比热容溪化锂水溶液定压比热容随温度升高而增大，随质量分数的增大而减小。澳化锂水 溶液的定压比热容在使用范围内的值比较小，因此在发生和吸收过程中吸收和放出的热 量也比较小，有利于提高机组的效率。湿化锌水溶液的定压比热容方程为性巩=(2-5)“0“=0”=0式中，为溟化锂水溶液的质后定压比热容，kJ/(kg-C)：/为溟化锂溶液的温度，C,适用范围为25130C；E为澳化锂水溶液的质量分数，适用范围为0.5-0.66；A“、B”、C,为方程回归系数，取值见表2.3。10-大连理大学硕士学位论文表2.3溟化锂水溶液定压比热容计算方程的系数Tab.2.3 The coefficient of s pecific heat equ ation fbr LiBr-H aO s olu tionn4Bncn04.079.92e-4-1.1988e-51-5.1236.29c-34.3855e-622.297-9.38e-31.2567e-52.1.5 漠化锂水溶液的比熔水的比给通常规定为，当温度为0时比增为OkJ/kg。而对于溟化锂水溶液，规定 质量分数为0、温度为时的比炫为418.60kJ/kg|47o溟化锂水溶液的比熔表达式为口叱h=t/+蜃-+黄 C+楼 D(2.6)=0”=0 n=0 0-0式中，为温度为/C时澳化锂溶液的比燃值，kJ/kg；，为漫化锂溶液的温度，-C,适用范围为0160C；为溟化锂水溶液的质量分数,适用范围为0.4-0.65；4、B.、3、。为方程回归系数，取值见表2.4。表2.4滨化锂水溶液比烯值计算方程的系数Tab.2.4 The coefficient of enthalpy equ ation fbr LiBr-H?O s olu tionnACn Dn0-571.177154.074.96C-4-3.996e-617507.234-5.1233.145e-31.46183e-62-23006.75182.297-4.69e-34.189e-6328037.36680004-11610.750002.1.6 涅化锂水溶液的表面张力溟化锂水溶液的表面张力与温度和质量分数有关，其表达式为口叱6=之4久+，居二(2.7)”=0”二 0式中，为溪化锂水溶液的表面张力，N/m：，为溟化锂溶液的温度，C，适用范围 为25130C；4为溟化锂水溶液的质量分数，适用范围为0.a0.7：4、从为方程回归 系数,取值见表2.5。11太阳能漠化锂吸收式制冷系统动态性能分析表2.5溟化锂水溶液表面张力计算方程的系数Tab.2.5 The coefficient of s u rface tens ion equ ation for LiBr-H j O s olu tionn012 3A6.07e-2-4.206 le-5-1.3402e-6Bn6.207e-2-2.536e-45.013e-6-1.171e-82.1.7 漠化锂水溶液的热导率溟化锂水溶液热导率为4叫行(2.8)n=0 n=0式中，久为溟化锂溶液热导率，W/(mC)；，为漠化锂溶液的温度，,适用范围 为0100C：为澳化锂水溶液的质量分数，适用范围为0.40.65；4、氏为方程回归 系数，取值见表2.60表2.6溪化锂水溶液热导率计算方程的系数Tab.2.6 The coefficient of heat cond