氨水吸收式制冷GAX循环性能分析.pdf

东南大学硕士学位论文氨水吸收式制冷GAX循环性能分析姓名：廖健敏申请学位级别：硕士专业：制冷及低温工程指导教师：杜垲20040301堡主堂垡堡奎一一摘要在利用工业余热制冷系统中。氨水吸收式制冷不仅可以制取零度以上的冷量，而且也可以制取零度以下的冷量，因此明显地优予溴化锂吸收式制冷系统，但传统的氨水吸收式制冷机，也存在系统中设备多，体积大，钢材消耗量大，制冷循环c o P 值较低等缺陷。如何克服氨水吸收式制冷系统的缺点，提高氨水吸收式制冷系统的c o P 值，是在我国推广应用氨水吸收式制冷系统进行余热制冷的关键所在。针对这现象，国内外学者，在氨水吸收式制冷循环的研究中提出了氨水吸收式G A X 循环，这种循环使得吸收式机组中发生器与吸收器进行内部回热，将吸收过程中放出的吸收热回收，并送至发生器以供发生之用，从而提高氨水吸收式系统的热效率，改善循环性能。本文对G A x 循环的性能进行详细的计算和分析，从循环结构、系统工况、性能变化等方面对氨水吸收式G A X 循环进行了理论分析以及数学模拟研究。由于热源温度、蒸发温度、冷却水温度等循环工况的变化是影响G A X 循环性能的重要因素，冈此本文从不同温度工况、不同循环类型对G A X 循环的热力性能进行了比较分析，分析总结出G A X 循环在实际应用中的一些基本理论和变化趋势。在G A X 这种新型循环的计算分析中，本文主要完成了阻下一些主要内容：1)针对氨水吸收式制冷中氨水溶液状态参数计算的复杂性带来的问题，选取合适的状态方程，进行程序模拟实现了其状态参数计算程序化。2)通过具体的计算，得出了G A X 循环随蒸发温度、冷凝温度和热源温度变化的变化规律，分析了G A x 循环性能在变工况下的影响。通过对G A X 循环和一般循环的计算结果的比较分析，得出了G A X 循环在变工况条件下的性能变化趋势以及和一般循环的比较优势和其约束条件的存在。提出了临界的热源温度、冷凝温度和蒸发温度的概念。所得结论为氨水吸收式G A X 循环的优化选择和设计分析积累了很有价值的资料。3)对G A X 循环进行了氨水吸收式系统分析中较少进行的炯分析，从能量的“量”和“质”相结合的角度出发，科学的评价Q A X 循环中各种类型的能量价值的物理量，从而为G A X 循环能量分析结果的科学性与准确性提供了保证。4)结合氨水吸收式循环的原理和G A X 循环的机制建立了相应G A x 循环的数学模型，在此基础上使用v B 编程语言编制出G A x 计算软件。此软件能够根据不同的蒸发温度、冷凝温度以及热源温度等条件准确而方便地对不同G A X 循环进行各工况的计算，并且能够形象的表示出各计算结果，从而很方便的对G A X 循环的性能进行分析。关键词：G A X，氨水，吸收式，热回收，临界温度，媚分析，模拟，v B塑兰兰垡垒奎A B S T R A C TI nt h er e f r i g e r a t i o ns y s t e mu s i n gi n d u s t r i a lw a s t eh e a t，a m m o n i a-w a t e ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mh a sm u c hm o r es u p e r i o r i t yt h a nL i B r-w a t e ra b s o r p t i o ns y s t e maH o w e v e rt h eC O Po f c o n v e n t i o n a la m m o n i a-w a t e ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mi sr e l a t i v e l ys m a l l e rb e c a u s eo fi t sm o r ee q u i p m e n t s 1 a r g e rv o l u m ea n dm o r es t e e lc o n s u m p t i o n。S oh o wt oo v e r c o m et h ed e f e c to f t h ea m m o n i a-w a t e ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e ma n di m p r o v ei t sC O Pi st h ek e y j o bi nt h ee x t e n d i n ga p p l i c a t i o no ft h ea m m o n i a w a t e ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m。G i v e nt h ep r o b l e mm e n t i o n e da b o v e，i nt h i sp a p e rw ep u tf o r w a r dan e wa m m o n i a-w a t e ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mc a l l e dG A Xc y c l e。G A Xc y c l ec a nr e c o v e rt h eh e a tr e l e a s e db yt h ea b s o r p t i o np r o c e s si nt h ea b s o r b e ra n ds u p p l yt ot h eg e n e r a t o rw h i c hu s ei ta sh e a tc o n s u m p t i o ni nt h eg e n e r a t i o np r o c e s s。T h r o u g ht h eh e a tr e c o v e r yb e t w e e nt h ea b s o r b e ra n dt h eg e n e r a t o rt h eC O PC a l lb ei n c r e a s e da n dt h ep e r f o r m a n c eo f t h ea b s o r p t i o ns y s t e mc a nb ei m p r o v e d。I nt h i st h e s i sw ec a r r yo u tt h ed e t a i l e dt h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dm a t h e m a t i c a ls i m u l a t i o nf o rt h eG A Xc y c l ef r o mt h ev a r i o u sa s p e c t ss u c ha sc y c l ec o n s t i t u t i o n，s y s t e mw o r k i n gc o n d i t i o n，p e r f o r m a n c ec h a n g e。B e c a u s eh e a ts o a m et e m p e r a t u r e，e v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r e，c o o l i n gw a t e rt e m p e r a t u r ea n do t h e rw o r k i n gc o n d i t i o nv a r i a b l e sa r et h ei m p o r t a n tf a c t o r sw h i c hd om u c hi n f l u e n c eo nt h ep e r f o r m a n c eo f t h ea b s o r p t i o ns y s t e m，a no v e r a l lc o m p a r a t i v ea n a l y s i sh a sb e e nd o n ea c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tt e m p e r a t u mc o n d i t i o n sa n dd i f f e r e n tc y c l et y p e s。I nt h i sw a y，w eo b t a i nm a n yf u n d a m e n t a lt h e o r i e sa n dp e r f o r m a n c et r e n d si nt h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h eG A Xc y c l e I nt h et h e s i st h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dc a l c u l a t i o no fG A Xc y c l ew e r es t u d i e d。T h em a i nc o n t a i n sa r ea sf o I l o w s：(1)R e a l i z et h ec o m p u t e rc a l c u l a t i o no ft h ea m m o n i a-w a t e rs t a t ep a r a m e t e rw h i c hc a ns e t t l et h ep r o b l e mr e s u l t e db yt h ec a l c u l a t i o nc o m p l e x i o ni nt h ed e s i g no ft h ea m m o n i a-w a t e rs y s t e m(2)T h r o u g ht h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i so ft h eG A Xc y c l ea n dn o r m a lc y c l e o b t a i nt h ep e r f o r m a n c ec h a n g et r e n da n dc o m p a r a t i v es u p e r i o r i t yo ft h eG A Xc y c l eu n d e rd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ew o r k i n gc o n d i t i o n。A tt h es 8 3 n et i m eo b t a i nm a n yc o n c e p t i o n ss u c ha st h ec r i t i c a lh e a ts o u r c et e m p e r a t u r ea n dc r i t i c a le v a p o r a t i o nt e m p e r a t u r ew h i c hw i l ld om u c hg o o dt ot h eo p t i m i z i n gs e l e c t i o na n dd e s i g na n a l y s i so f t h eG A Xc y c l e。(3)C a r r yo u tt h ee x e r g ya n a l y s i sr a r e l ym a d ei nt h ee n e r g ya n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so ft h ea b s o r p t i o ns y s t e m。T h i sk i n do fa n a l y s i si sb a s e do nt h eq u a l i t yv i e wo fe n e r g ya sw e l la st h eq u a n t i t yv i e ws oi tc a ns u p p l yac o m p r e h e n s i v ea n ds c i e n t i f i ce v a l u a t i o nt ot h ep e r f o r m a n c eo f G A Xc y c l e【4)As i m p l ea n dd i s t i n c tm a t h e m a t i c a ls i m u l a t i o nh a sb e e np u tf o r w a r da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo f t h ec o r r e s p o n d i n gG A Xc y c l e。A c c o r d i n gt ot h es i m u l a t i o no f G A Xc y c l eac a l c u l a t i o ns o f t w a r eo fv a r i o u sG A Xc y c l e sw a sa l s op r o g r a m m e db yu s i n gV Bc o m p u t e rl a n g u a g e。T h u sam o r ec o n v e n i e n ta n dm o r ea c c u r a t em a t h o dw a sr e a l i z e da n di tc a nm a k et h ec a l c u l a t i o na n da n a l y s i so fG A Xc y c l em o r ee f f i c i e n ta n ds c i e n t i f i c K e yW o r d s：G A Xc y c l e，a m m o n i a，a b s o r p t i o n，h e a tr e c o v e r y，c r i t i c a lt e m p e r a t u r e，e n e r g ya n a l y s i s，s i m u a t i o n，V BI I东南大学妖士学位论文学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于学位论文使用授权的说明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括干0 登)授权东南大学研究生院办理。签名：一导师签名：日期：硕士学位论文英文字母：h焓值T温度P压力熵质量流量单位热负荷热负荷循环倍率回流比压降温升蒸发压力蒸发温度冷凝压力冷凝温度热源温度制冷量吸收热冷凝热发生热精馏热溶液热交换器热负荷换热设备的传热面积比热冷却水消耗量蒸汽消耗量功率氨水泵的体积流量当量直径炯分流率雷诺数普朗特数焖性能系数常用符号表k J k g。CM P ak J k g Kk g sk J 蚝k J k gk J k g，s希腊字母：q热力系数刀娴损失质量浓度。换热系数Q堋损系数动力粘度导热系数y运动粘度Y溶液比重目氨水泵的效率厂溶液喷淋密度J管壁厚度液相参数汽相参数吸收器流入流出热源参数冷却水参数冷凝参数G A X 换热器参数魄帆时咖机w蛐。标o砩。，。m呲。蟮蟮跖蜉昭蟮工h帆呐呐帆帆呐呐存舭挑劬wr 凡nRnn瓯m瓴nAc 岱H4。z 胁n 眦兰二!堕堡第一章绪论1 1 选题背景臭氧层破坏是当今全球性环境问题之一它对人类所赖依生存的环境造成了巨大的损害，保护臭氧层已经成为世界各国义不容辞的迫切任务。削减和淘汰消耗臭氧层物质(O D s)不仅对保护具氧层而且对保护环境有着十分重要的意义，也是许多相关领域中开展科学研究和技术革新的强大推动力。随着世界经济的快速发展，人类已面临着日益严重的全球气候变暖和能源枯竭的威胁，因此，太阳能、地热和工业废热等低品位能源的利用己被人们所关注。而吸收式制冷，以其具有可直接利用低晶位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的C F C s 为工质等独特的优点，也越来越受到人们的青睐。研究如何高效利用工业余热、太阳能和地热，采用吸收式制冷循环进行制冷，提高吸收式制冷循环的性能系数(C o P)，减小制冷设备的体积，对加快C F C 替代进程、节约能源具有重要的现实意义。目前常用的吸收式制冷系统为氨水吸收式制冷系统和溴化锂吸收式制冷系统。后者制冷温度由于受到制冷剂的限制通常不低于5 般仅用于空调或j 1：业冷却。前者的制冷温度范围比较宽，一般在+lo-6 0，不仅可埔于空调，而且更重要的是可用于0 Y 2 以下的普通制冷场合，因此，在利用工业余热制冷系统中氨水吸收式制冷机明显地优于溴化锂吸收式制冷系统，但传统的氨水吸收式制冷机因其系统中的设备多，体积大，钢材消耗量大靠4 冷循环的C O P 馈较低。如何尧服氨水吸收式制冷系统的缺点，提高氨水吸收式制冷系统的C O P 值，是在我国推广应用氨水吸收式制冷系统进行余热制冷的关键所在。氨水吸收式制冷机是一种以热能为动力的制冷机。其中氨水是制冷剂，水是吸收剂。早在十九世纪五十年代第一台氨水吸收式制冷机就已经被试制成功，并在工业生产中得到应用。但早期氮水吸收式制冷机发展缓慢，这一方面是因为往复式压缩机运行可靠；另一方面则由于当时能源价格低廉的原故。近二十多年来，随着科学技术的进一步发展，氨水吸收式制冷机在各方面日臻完善，同时由于工业的发展，环境污染和能源的合理利用越来越成为一个世界性的难题。蒙特利尔议定辂的制定使我们普遍使用的C F C 及H C F C 制冷工质将逐步禁用，各国科学家不得不另辟蹊径寻找其他的工质。在这种情况下，以氮作为制冷剂的各种系统特别是氨水吸收式制冷系统又重新受到人们的重视。由于电费的增长、用电高峰期电力的短缺和全球环保意识的日益增强，采用无公害：【质的热能驱动吸收式热泵再次引起人们的关注。基于发生器一吸收器热交换(G A X)原理，具有较高制冷热力系数(C O P)并能用于热泵式供暖的直燃型氨一水吸收式热泵再次成为美、日、韩及欧洲发达国家的研究热点。例如1 9 8 2 年美国能源部准备开发高效吸收式热泵，期望在环境温度g 3 时的供热C O P 为1 6：3 5 时的供冷C D P 为0 7。为此共资助了三项研究，评估各种循环的性能。其中的两项研究均推荐G A X 回热循环作为商效吸收式熟泵的理论基础“5。随着研究的深入。G A X 循环也出现了不同的种类，如基本G A X、分支G A X、V X G A X、半G A X、多分支G A X 等，并有多台机组投入运行。但是由予吸收式系统的国有特点，系统复杂，设备较多，循环变化多。对于新型的G A X循环的研究现在还未完全成熟，而且对于G A X 循环的实际应用中存在的闯题考虑不够完善，过于追求O A X 循环在系统内部热回收方面的优势，冈此目前对多种G A X 循环进行了数学建模以便对G A X 循环的各种工况下的热力性能做一个比较全面的评价非常有必要，同时在此基础上也应对各种G A X 循环和目前已经成熟的其他吸收式循环的实际应用性能做一个比较客观的评价t 由于G A X 循环是建立在吸收式系统中存在的吸收侧和发生侧的内部温度重蔓!：兰垡堡奎一一叠的基础上的，因此在G A X 循环的研究发展中存在几个比较关键的问题，譬如如何确定G A X 循环的适用范围，如何准确的确定内部温度重叠范围并进行充分有效的利用，如何在温度重叠区域小时综合比较其他有效提高热力性能的循环如何在冷却水温度、蒸发温度、热源温度等工况条件改变时，确定O A X 循环性能变化的趋势，如何根据不同的工况选择合适的G A X 循环类型。这些问题对于目前的氨水吸收式G A X 循环的实际应用都是非常关键的。本文为了解决这些问题，对几种比较常见的G A X 循环以及一般单级氨水吸收式循环均进行了数学建模和相应的热力计算，在比较分析的基础上对各种G A X 循环的优劣势做了分析与总结，便于在不同的工况条件下选用适合的G A X 循环或者其他能提高循环性能的改进循环方式，从而为在实际的G A X 循环的应用中提供了比较理论具体的依据，使得在实际应用中能够客观的对各种循环做合适的选择。研究的结果为目前氨水吸收式系统仍旧存在的性能系数较低的客观问题提供了一个较好的分析解决的依据。1 2 氨水吸收式制冷循环的开发前景及研究现状在吸收式制冷系统中，氨水和澳化锂水一起被认为是塌常用的、对环境无害的绿色制冷工质对。同溴化锂水工质对相比，氨水工质对的显著优点是能制取0 C 以下冷量，不结晶，可用于热泵供暖；氨水工质对对铜以外的金属基本无腐蚀性。缺点是蒸发压力较高，大量泄漏时，对人体有害。此外，氨与水的沸腾温差较小，需用糖馏器以去除冷剂氨中的水蒸气，由于精馏过程存在不可逆传热传质损失，因此，氨水吸收式循环的制冷效率较低。氨水工质对也被用于家用及小型吸收式热泵中，如美国S e r v e l R o b u r 公司自1 9 2 7 年就生产小型直燃式氨水吸收式制冷机，该公司在6 0 年代研制的风冷式小型燃气氨水单效制冷机一直销售至今。吸收式制冷系统具有耗电少，能源适应性强，制冷工质对环境无影响等优点。但是，目前所应用的吸收式制冷系统中绝大多数是水溴化锂空调机组，仅有少量儿套引进的是氨水吸收式制冷机组。由于水溴化锂吸收式制冷系统是以水作为制冷剂，使其制冷的适用范围受到很大的影响。而氨水吸收式制冷系统采用氨作为制冷剂，也便其使用场合受到限制a 同时，目前所使用的吸收式制冷机组的性能系数偏低，即使采用双效的水溴化锂吸收式制冷机组，其实际的制冷性能系数仅能达到1 1 一1 2”。为了充分发挥吸收式制冷系统的优势，提高循环的性能系数，扩大其使用范围，目前世界各国正在积极研究各种新的吸收式制冷循环。以提高其性能系数，降低能源的消耗，并积极研究开发各种新的制冷工质对，阻期扩大吸收式制冷系统的使用范围，部分取代压缩式制冷系统。下面主要介绍几种新型高性能系数吸收式制冷循环研究的最新进展。l、复叠式吸收制冷循环”1复叠式循环是由高温高压发生和中温中压两个氨水吸收式制冷循环复叠而成。高温热源加入到高压发生器内产生高压饱和氨蒸汽，因饱和压力的提高，使氨蒸汽的冷凝温度也随之提高，这样就可利用氨的冷凝热来作为中珏发生器的热源。冷凝后氮液经减压进入蒸发器内蒸发，吸收低温环境的热量。蒸发后的氨蒸汽在吸收器内被低浓度氨水所吸收，所产生的吸收热也作为中压发生器的热源。显然该级循环是利用高温热源的热量提取低温环境的热量，获得比加入的高温热量更多的中温热量。在中压发生器内，利用高压级循环中冷凝器和吸收器所排出的热量使发生器内的氨水分离，经中压冷凝器冷凝后，减压进入同台蒸发器内吸收低温环境的热量。蒸发后的氨蒸汽在吸收器内被较高浓度氨水所吸收。在该级制，2-冷循环中冷凝和吸收过程的热量被冷却水带走。采用复叠式吸收制冷循环可以大幅度地提高制冷系统的性能系数(c o P)。据文献“】介绍，其C O P 值可达3 o z E 右。但根据我们对氨水吸收式制冷循环的分析该循环的c o P 值为o 9 0。当高、低压循环的放气范围在6 以上时，单纯复叠循环的C O P 值才达到1 O 以上。目前已经在发展研究中的复叠式吸收制冷循环还包括中压双效复叠式吸收制冷循环、降压发生复叠式吸收制冷循环等。2、复合式吸收制冷循环采用复合式制冷循环有两个目的，一是提高制冷循环的性能系数，二是增大制冷的温度范围。虽然水溴化锂吸收式制冷系统具有良好的性能被“泛地用于中央空调系统，但采用水作为制冷剂的溴化锂吸收式制冷系统，因制冷温度不能低于5 C，而使其使用范围受到极大的限制。为了扩大溴化锂制冷系统的使用范围，它是由水溴化锂吸收式制冷循环和氨水吸收式制冷循环复合而成。水溴化锂吸收制冷循环中冷凝热和吸收热均作为低温级氨水吸收制冷循环的加热热量“。但与复叠式吸收制冷循环不同的是，因水溴化锂吸收式制冷系统不能在低于5 以下的场合工作，因而其制冷剂不能与低温吸收式制冷系统在同一蒸发温度下蒸发，吸收低温热量。高温级制冷循环制冷剂所吸收的热量仅仅是低温级制冷循环制冷利冷凝所放出的热量，由于氨水制冷循环制冷荆冷凝压力的降低，在冷却水温度不变的条件下，可使加入发生器内的热源温度降低。目前已经在发展研究中的复合式吸收制冷循环包括单纯复合式吸收制冷循环以及叔级复合式制冷热泵循环。3、G A X 吸收式制冷循环也就是本文主要研究的吸收式制冷循环类型，具体内容将在正文中展开。1 3 氨水吸收式G A X 循环简介及研究现状1 3 1 _ G A X 循环研究现状G A X 概念摄早由A l t e n k i r c h 于1 9 1 3 年提出，直至8 0 年代才逐步受到重视。G A X 为英文G e n e r a t o rA b s o r b e rH e a tE x c h a n g e 的缩写。意指吸收式制冷系统中发生器与吸收器进行内部回热，利用了吸收过程的热最，并将该部分热量作为发生热的一部分，从而减少了发生热，使效率得以提高，改善循环性能。基本G A x 循环流程图如图1 一l 所示。G A X 循环的提出是因为对常规的氨水吸收式制冷循环的研究与分析表明，在制冷温度和冷却水温度一定的条件下，当放气范围达到一定值后，单靠提高发生器内溶液温度，增大循环的放气范围，对提高制冷系统的性能系数不仅不起任何作用，而且性能系数随放气范围的继续增大而略有减少。这是因为此时吸收制冷循环的吸收热并不随放气范围的增加而减少a 因此，当具有较高热源温度的条件下，在增大循环放气范围的同时，回收吸收过程的部分热量作为发生器内的加热热量，以减少向环境的排热，使制冷系统的热力系数有较大幅度的提高。G A X 吸收制冷循环的C O P 值可超过1 0。在产品开发方面”，P h i l l i p s 公司于1 9 8 4 1 9 8 5 年制造出家用或小型商用G A X 循环燃气吸收式热泵的试验样机，其供冷C O P=O 7 o 9，供热C O P=l _ 6 1 8；1 9 8 9 年，美国T r a n e公司完成T 8 0 k W 基本G A X 循环商用制冷机的实验样机测试；1 9 9 0 年B a t t l l e 研究所进行了替代的吸收器设计，并建立了吸收器动态性能的试验系统：1 9 9 3 年初，荷兰一台2 5 0 k W 基本G A X循环热泵投入运行；1 9 9 3 年8 月，美N A l a s k a N 的K o t z e b u e 镇的一台v x 循环制冰机投入运行，该机的热源为7 0。C 的柴油发电机冷却水，制冷量为5 0 k W，C O P=O 3 5。1 9 9 3 年，上述成果经C a r r i e r 公司进行样机验证、成本分析和市场研究，认为G A X 技术可能成为美国和世界范围内硕士学位论文的主流产品，经申请后取得了生产许可证。G A X 吸收制冷循环不仅对改进氨水吸收式制冷循环，提高循环的性能系数有指导意义，而且也对难以采用双效的新型吸收制冷工质对(加：T F E N I I P、T F E E 1 8 1、R 2 2 E 1 8 1、R 1 2 3 a E T F E 等)的吸收制冷循环的设计改进具有指导意义。研究人员对G A X 循环作了许多理论研究，认为以氨一水为工质对的G A X 循环是最适用于家用及小型商业用途的直燃型吸收式热泵循环，因为该循环能以极紧凑的结构，以外界空气为冷、热源，进行制冷或供暖。图I I 基本G A X 循环流程G A X 循环的基本特点是：当采用具有较大溶液浓度工作范围的工质对，如氨一水时，在发生器与吸收器之间存在着部分温度重叠现象，以致有可能从吸收器回收部分吸收热，用于加热发生器，以获得较高的C O P。基本G A X 循环P-T 图(迪林图)如图1 2 所示，进入吸收器部分的稀溶液状态点为6，进发生器部分的浓溶液状态点为2，6 点温度高于2 点，这样稀溶液在吸收器内吸收氮蒸汽所放出的吸收热就能被2 点浓溶液作为部分发生热所用，形成吸收器和发生器之间的内部热量传递，从而减少了发生热的消耗量并充分利用了本来需要被冷却水带走的吸收热。T图I-2G A x 循环迪林图为了实现吸收器与发生器之间的温度重叠G A X 循环要求f：质的温度、浓度范围很广。4 篁二童笙堡一_-_ _-。_。_。_ _ _ _ _-_ _ _ _-_-_ _ _-。_。一对于吸收式机组常用的水溴化锂和氨水工质对，显然只有后者才能满足要求。所以基于G A X 循环的吸收式机组几乎都采用氨水工质对，这样有三个好处，(1)由于氨气的蒸发温度可以低于O C，故采用氨水工质对的机组不仅可以供热而且可以供冷；(2)氨气的蒸发潜热相对较大，C O P 系统冷剂循环量较少：(3)氪水的热稳定性很好。随着研究的深入，G A X 循环也出现了不同的种类，如基本G A X、分支G A X、V X G A X、半G A X、多分支G A X 等，并有多台机组投入运行。这许多不同种类的G A X 循环都是应用G A X 基本原理在不同工况不同应用条件F 所提出的一些新型的改进循环，都适用于比较特殊工况或条件下的吸收式制冷循环中。1 3 2 氨水吸收式G A X 循环研究现状小结从上面对氨水吸收式G A X 循环的研究现状可以看到(1)在目前研究中的高效氨水吸收式制冷循环中，G A X 循环由于能够利用氨水吸收式循环中的内部回热减少了发生热，大大提高了循环的性能系数，因此已经成为氨水吸收式制冷研究中的一个热点，对其进行循环计算及性能分析是极为必要的。(2)由于G A X 循环设备众多，循环结构复杂，而且在不同的工况下有不同的性能、不同的应用中又有很多不同的循环类型，因此对于具体的实际应用必须要确定G A X 循环的适用范围以及各种G A X 循环在不同工况下的性能情况。从而为在实际应用中何种工况采用何种循环作出准确客观的判断依据。(3)结合迅速发展的计算机技术对各种新型的G A X 循环进行模拟分析计算有利于目前的G A X 循环的设计计算分析的自动化，从而对实际应用的G A x 循环的性能做预计分析以及和实际的应用性能结果作出理论的分析判断。I。4 本论文的基本任务针对目前研究较多的氨水o A X 吸收式制冷循环，本文提出了一些基本的G A X 循环的分析计算方案，对于G A X 循环中内在存在的一些吸收式循环机理进行了深入挖掘。并应用热力学第二定律的理论从能量的“品质”的角度出发，对G A X 循环进行了堋分析，分析总结了G A X 循环在能量内部回收品质方面的优势所在。本论文为了给G A X 循环一个全面客观的总结，主要采用了比较分析的方法对于一般单级氨水吸收式制冷循环以及几种不同的G A X 循环进行了总结，重点突出G A X 循环在不同工况下性能系数的变化，而不是在单一工况下对其性能优势做较为片面的评价，从而对多种G A X 循环在实际的应用中的选择以及性能分析上做出了基本而准确的理论预测。同时应用计算机技术对提出的几种不同G A x 循环进行了模拟分析，使得能够对G A X 循环性能趋向做出不同工况下的再计算与再分析。硕士学位论文第二章热力参数和氨水溶液状态参数程序化制冷系统的仿真和模拟离不开制冷剂等工质的状态参数，而这些状态参数不能依靠查图表的方式来获得，因此状态参数程序化是仿真和模拟的前提。然而，要做到状态参数方程既精确又简便却并不容易。本论文的主要任务是研究氨水吸收式G A X 循环的性能情况，因此对G A X 循环进行模拟分析的首要任务就是完成氨水溶液的状态方程的程序化的J：作，这个工作是整个模拟分析计算过程的前提，因此必须要做到适用精确能够应用于工程领域，要做到尽量减少误差，否则在循环的模拟计算中累积误差将会很大甚至会影响到最后循环的整体性能分析上。关于氨水溶液热力性质的计算数据，过去都是查阅有关文献中的热力性质图、表进行手算。而目前，对于氨水溶液，通过试验研究已积累了较丰富的热物性数据，在这些数据的基础上，已开发了一批比较精确的汽液两相区状态方程、饱和汽相和液相状态方程。氨水溶液的状态参数可根据一般热力学关系式用上述几个基本方程计算。因此在对氨水溶液的状态参数的程序化中，本文首先选择了在工程应用领域最为准确适用的状态方程进行程序化的编制工作，最后还进行了计算结果的校合及误差分析。对于一些缺乏文献资料的参数，可根据沈志光撰写的制冷工质热物理性质表和图“1 采用最小二乘曲线拟合、切比契夫(C h e b：y s h e v)曲线拟合以及最小二乘曲面拟合的方法得到 7 2 1 氨水溶液的性质及其状态方程的模拟计算2 1 1 氨水溶液的性质氨是最早就开始使用的制冷荆之一，它的热力性质有着许多优点，主要是：制冷机工作压力适中，属于中压制冷剂；其气化潜热很大，在常用的蒸发温度下达到1 3 0 0 L I k g 左右，约为R 2 2 的7 倍；沸点为-3 3 4 C，在常用制冷温度下能使制冷机的低压部分压力保持在大气压力上下；凝固点温度为-7 7 7，因此一般认为它的制冷温度可低至-4 6 C，也有人认为可低达-6 0 (2；它的价格低廉，容易获得。氨的主要物性如下：化学式N H 3分子量1 7 0 3成分N(8 2 3 6)；H(1 7 6 4 0)比重0 5 9 7 1 c 气态氨，对空气而言)熔点-7 7 7 C沸点-3 3 4 C自燃点6 3 0。C 氨对人体具有较大的毒性，当空气中含氨量达0,5 0 6 0 o(容积百分比)时，半小时内人即中毒。氨还可以燃烧和爆炸，如果空气中混有1 5 5 2 7 容积的氨，可引起爆炸。当有水时，氨对铜及其合金(磷青铜除外)有腐蚀性，它和铜可结合生成铜氨络合离子。氨极易溶于水组成氨水溶液，在常温下，一分体积的水可溶解7 0 0 倍体积的氨，因而，氨水溶液也是一种很理想的吸收剂。虽然氨有毒性和刺激性的气味，但由于它拥有其它制冷剂无法比拟的优点，加之人们在长期生产使用过程中已积累了丰富的使用经验，在大型制冷机组中仍然采用氨为制冷剂。在吸收式制冷系统中，欲制取0 C 以下低温，氨是目前唯一实用的制冷剂。-6 第二章热力参数和氨水溶液状态参数程序化氨水溶液的最大缺陷在于氨和水的标准沸点相距太近。只相差1 3 3 4。C，在发生器内受热产生的氨蒸汽中，不可避免地会带有少量水蒸气，为此，需要装设精馏塔，将水蒸气从氨气中分离出来，使氨气浓度提高到9 9，8 以上。2 1 2 氨水溶液的状态方程式1 9 7 1 年舒而茨(S c h u l z)在前人研究的基础上，为饱和气相和饱和液相分别发表了温度范围为-7 35 C 至1 7 7，压力范围为O，9 8 0 7 k P a 至2 4 5 2 M P a(O 们至2 5 绝对大气压)的氨水状态方程式”3，后来经过进一步修正。用此关联式计算结果比较满意。B Z i e g l e r&C H T r e p p将其它状态方程与S c h u l z 状态方程在不同条件下作了对比，也发现S c h u l z 状态方程在上述温