溴化鋰吸收式制冷中膜蓄能器傳熱傳質特性分析

李賽男

【摘 要】太陽能的低能量密度，使得防止熱驅動的制冷系統中任何熱損失都顯得有價值，濃度差蓄能是一種有效蓄能方式。針對普通溴化鋰濃度差蓄能器中溶液易結晶的問題，提出膜蓄能器的解決方法，研究其傳熱傳質特性，分析了吸收水蒸氣后溴化鋰溶液溫度和質量分數的變化趨勢。

【關鍵詞】溴化鋰吸收式制冷；纖維膜；傳熱傳質

0 前言

傳統的吸收式制冷一般以燃油或燃氣為動力，不僅消耗大量不可再生資源，而且礦物質燃燒產生的硫化物和氮化物還會對環境造成污染[1]。近年來發展的太陽能制冷技術，能夠緩解能源短缺和環境問題，降低常規制冷方式帶來的巨大能源消耗，符合我國節能減排的基本政策，成為了具有發展潛力的制冷技術。目前利用太陽能制冷方式中，太陽能溴化鋰吸收式制冷效率較高，是應用太陽能制冷最成功的方式之一[2]。但由于太陽能存在能流密度低、間斷性及不穩定性的局限性，使得大規模應用增加了難度，如若成為與常規能源相競爭的替代能源，就得很好地解決蓄能問題。

針對太陽能驅動的溴化鋰吸收式制冷系統中不穩定熱源與相對穩定冷負荷之間相互矛盾的問題，并考慮到溴化鋰溶液易結晶的弊端，提出膜蓄能器基本構想，并建立了傳熱傳質數學模型分析其特性。

2 結果及分析

通過MATLAB對上述方程組進行求解，得到溶液溫度變化如圖1所示。

圖1 溴化鋰溶液溫度與時間的變化關系

由圖1可以看到在0-25s內溴化鋰溶液溫度與時間變化趨勢。溶液溫度隨著時間的增加而升高，隨著坐標r增大而降低，因為水蒸氣最先被膜表面上的溶液吸收而放出熱量，同時溶液導熱系數較小，熱量傳遞和水蒸氣擴散均需要一定時間；膜表面處溫度變化率最大。

溶液質量分數隨時間變化如圖2所示：

圖2 溴化鋰溶液的質量分數與時間的變化關系

由圖2可以看到在0-25s內溴化鋰溶液質量分數與時間變化趨勢。溶液濃度隨時間增加而降低，隨坐標r增大而升高，因為水蒸氣首先被膜表面上溶液吸收，稀釋了溶液，同時溶液分子擴散系數較小，擴散傳質需要一定時間；膜表面處質量分數變化率最大。

將溶液初始質量分數分別設定0.55、0.60、0.65和0.70后計算得到溶液溫度和濃度變化如圖3和4所示。

圖3 不同初始條件溶液溫度的變化（下轉第159頁）

（上接第154頁）

圖4 不同初始條件溶液濃度的變化

由圖3和4中可知溴化鋰溶液在不同初始質量分數下溫度和濃度與時間變化關系。溶液溫度隨著時間增加都成遞增趨勢，濃度隨著時間增加都成遞減趨勢。但不同的是，隨著溶液初始濃度降低，溶液溫度和濃度變化率都降低，這是因為初始濃度的降低減小了膜通量，最終導致溶液溫度和濃度變化率減小。

3 結論

通過對一定初始條件的溴化鋰溶液和水蒸氣進行模擬計算，得到溶液溫度和濃度變化關系如下：

（1）水蒸氣透過膜溶解到溶液中，溶液溫度會升高，在膜表面處溫度變化率最大；溶液溫度隨坐標r增大反而降低。吸收水蒸氣后，溶液濃度會降低，膜表面處溶液濃度變化率最大；溶液濃度隨坐標r增加而升高。

（2）降低溶液初始濃度會減小溫度和質量分數的變化率，對于濃度越高的溴化鋰溶液，這種新型的膜蓄能器工作效率越高，效果更顯著。

【參考文獻】

[1]孫小琴，周軍莉，張國強，張泉.太陽能吸收式制冷系統研究進展[J].建筑熱能通風空調，2010（03）.

[2]韓崇巍.太陽能雙效溴化鋰吸收式制冷系統的性能研究[D].中國科學技術大學，2009.

[3]李暢，李保安.減壓膜蒸餾過程模擬及通量強化研究[D].天津：天津大學，2013.

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[責任編輯：楊玉潔]