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氨水溶液交叉型吸收-再吸收式热泵系统的热力学分析

氨水溶液交叉型吸收-再吸收式热泵系统的热力学分析

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作者：封立杰东南大学

学位级别：硕士

环境恶化、气候变暖和臭氧层破坏等全球性环境问题引起了人类的广泛关注。开发新能源、减少使用臭氧层消耗物质（ODS）和回收余热资源对保护环境有重要意义。传统的吸收式热泵（AHP）可以由低品位热源驱动,在余热回收利用方面具有很大... 详细信息

环境恶化、气候变暖和臭氧层破坏等全球性环境问题引起了人类的广泛关注。开发新能源、减少使用臭氧层消耗物质（ODS）和回收余热资源对保护环境有重要意义。传统的吸收式热泵（AHP）可以由低品位热源驱动,在余热回收利用方面具有很大潜力。其缺点之一是工作压力高,使得设备投资增加,而且带来很多安全隐患。吸收-再吸收式技术能够在不降低供热温度的前提下显著降低系统的压力,但传统的氨水吸收-再吸收式热泵的COP较低,限制了其实际应用。本文提出了一种氨水溶液“交叉型”吸收-再吸收式热泵以提高性能,对其在ARHP和ARHT两种应用场合进行了理论研究。依据舒尔茨氨水状态方程,建立了吸收-再吸收式热泵中各设备进出口的溶液物性参数的计算模型。构建了溶液交叉型系统和传统系统的数学模型,编制了相应的热力计算程序。与文献中的模拟数据对比表明,物性计算模型有较好的吻合度。用本文构建的数学模型对文献中的吸收-再吸收式热泵进行计算,计算结果表明基于ARHP和ARHT应用的COP最大相对偏差分别为2.56%、2.88%,验证了数学模型的准确性。对氨水溶液交叉型ARHP系统进行了变工况分析。与传统的ARHP相比,最佳的低压压力P更低,工作温度范围也稍有增大:吸收器和再吸收器的工作温度范围增大了1℃,解吸器的工作温度范围增大了2℃。另外,该系统的Q和传统系统的Q对其各自系统的COP贡献较大,且SHX1的换热量远多于SHX2。总体而言,该系统中发生器的放气范围和再吸收器的传质势更大,在本文选取的工作条件下,COP比传统系统和溶液平衡式系统分别提高了8.1%、6.4%。对氨水溶液交叉型ARHT系统进行了变工况分析。与传统的ARHT相比,其最佳的低压压力P较高;发生器和再吸收器的Δx显著增大,证明了该ARHT系统仍然具有更大的放气范围和传质势;吸收器的放热量Q、发生器和解吸器的吸热量(Q和Q)均减少,但后者占主导地位,这是其COP值高于传统系统的直接原因。在选取的工况下,COP最多提升了19%,相应的系统温升为25℃。总体而言,氨水溶液交叉型ARHT系统在部分工况下具有一定的优势。

关键词：氨水溶液交叉型吸收-再吸收式热泵热力学分析

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