溴化锂吸收式制冷机的热工计算

1 溴化锂吸收式制冷机的热工计算
溴化锂吸收式制冷机的热工计算一般是根据已知条件(空气调节工程或生产工工艺对制冷量的要求/冷媒水温度/冷却水温度/加热介质的温度或压力等),合理选择某些设计参数(传热温差/放汽范围等),从而进行各热交换设备的传热负荷和传热面积等的设计计算。

一 热力计算
1.已知参数
(1) 根据空调工程生产工艺要求的制冷量0Q 和冷媒水进,出蒸发器的温度21,l l
t t 。

(2) 冷却水温度1w t ：根据当地自然条件决定。

(3) 工作蒸汽压力h p ：一般选取0.1MP a (表压)的工作蒸汽。

2．设计参数的选定
（1）冷却水一般先进入吸收器，出吸收器的冷却水再进入冷凝器。

冷却水总的温升一般取7~9℃考虑到
吸收器的热负荷比冷凝器大，因此，冷却水通过吸收器的温升要比通过冷凝器的温升高些。

冷却水出吸收器的温度2w t :
2w t =1w t ＋△1w t （℃） (1) 冷却水出冷凝器的温度3w t : 3w t =2w t +△2w t （℃） (2)
(2)冷凝温度k t :一般比冷却水出冷凝器的温度高3~5℃ 即
k t =3w t +(3~5) （℃） （3）
2 (3)冷凝压力k p :根据k t 从水蒸气表查得相应的饱和压力。

(4)蒸发温度0t :一般比冷媒水出蒸发器的温度低2~4℃,即
0t =2l t -(2~4) （℃） (4)
(5) 蒸发压力0p :根据0t 从水蒸气表查得相应的饱和压力。

(6)稀溶液出吸收器的温度2t :一般比冷却水出吸收器的温度高3~5℃,即
2t =2w t + (3~5) （℃） (5)
(7)吸收器压力a p :因冷剂水蒸气流经挡水板时的阻力损失，吸收器压力小于蒸发压力，压降△0p 的大小与挡水板的结构和汽流速度有关，一般取△0p =（0.13~0.67）×102a p （0.1~0.5mmHg ）,即
a p =0p -△0p =0p -（0.13~0.67）×102(a p ) (6)
(8)稀溶液浓度a ξ:根据a p 和2t ,从h-ξ图中查得。

(9)浓溶液浓度r ξ:一般放汽范围(r ξ-a ξ)为0.03~0.06。

r ξ=a ξ+(0.03~0.06) (7)
3
(10)溶液出发生器的温度4t :根据r ξ和k p ,从h-ξ图中查得。

(11)溶液出热交换器的温度7t 、8t ∶浓溶液出热交换器的温度8t 应比r ξ所对应的结晶温度高10℃以上,以防止在热交换器出口处产生结晶通常按下式计算:
8t =2t +（15~25） （℃） （8）
稀溶液出热交换器的温度7t 可由a ξ和7h 从h-ξ图中查得, 7h 可根据热交换器的热平衡式确定。

mf q (7h -2h )=)(m d m f q q -（4h -8h ）
令a=md
mf
q q ，可以得到，
7h =a a 1
-（4h -8h ）+2h (kJ/kg) （9）
3．设备热负荷计算
在h-ξ图上确定了制冷循环中有关状态点的参数值后，就可以通过热平衡式计算出各热交换设备的热负荷。

（1） 发生器的单位热负荷h q
如图1所示,根据发生器得到的热量平衡式,即
4 h q +a 7h =(a-1) 4h +3‘h
可得发生器的单位热负荷为h q =3’h +(a-1) 4h - a 7h (kJ/kg) （12）
(2)冷凝器的单位热负荷k q
从图2可知,冷凝器的单位热负荷为
k q =3'h -3h (kJ/kg) (13)
5
(3)蒸发器的单位热负荷0q
蒸发器的热平衡关系如图3蒸发器的单位热负荷0q ,即时1kg 冷剂水蒸气汽化时产生的制冷量可由下式求得：
0q =1'h -3h (kJ/kg) (14)
(4)吸收器的单位热负荷a q
图4所示,根据吸收器的热平衡关系式,即
(a-1)8h + 1'h =a q +a 2h
可得吸收器的单位热负荷a q 为
a q =(a-1)8h + 1'h - a 2h (kJ/kg) (15)
6
(5)溶液热交换器的单位热负荷ex q
如图5所示,从发生器来的溶液在热交换器中放出的热量,等于从吸收器来的稀溶液在热交换器中吸收的热量,即
ex q =a(7h -2h )=(a-1)(4h - 8h ) (kJ/kg) (16)
4.制冷装置的热平衡及热力系数
如果忽略由于泵消耗功率所带给系统的热量,则整个制冷装置的热平衡式为
h q +0q =a q +k q (kJ/kg)
上式各项与制冷循环量D=Q 0/0q ( kJ/s)相乘,可得
Q h + Q 0=a Q +Q k (KW) (17)
式中 Q 0——制冷装置的制冷量，KW ；
Q h ——发生器的耗热量，KW
a Q ——吸收器的热负荷，KW
Q k ——冷凝器的热负荷，KW 。

热力系数 是表示消耗单位蒸汽加热量所能获得的制冷量，用来评价制冷装置的经济性。

7 ξ=h Q Q 0=h
q q 0 (18)
单效溴化锂吸收式制冷机的热力系数ξ一般为0.65~0.75,双效溴化锂吸收式制冷机的热力系数ξ为0.95以上。

制冷机的热力系数ξ
二、设备传热面积的计算
对于溴化锂吸收式制冷机，各热交换设备的传热面积通常采用沙柯夫简化公式计算
)
(b a t b t a k Q
F ∆-∆-∆=（2m ） (19)
式中 Q-----传热量，W
k-----传热系数,W/(2m .K)
∆-----热交换设备中的最大温差，即热流体和冷流体进换热设备时的温差，℃;
a,b------常数，与换热设备内流体流动的方式有关，其值可从表1查得;
∆a t -----温度变化较小的流体温度差, ℃;
∆b t ---- 温度变化较大的流体温度差, ℃;
表.1 各种流动状态下的a,b 值
8 如果换热过程中,有一种流体发生了集态变化(如冷凝器中冷剂水蒸气的凝结等),则∆a t =0,计算公式简化为
)
(b t b k Q F ∆-∆=（2m ） (20) 1. 发生器的传热面积
)](65.0)[(545t t t t k Q F h h h ---=
(2m ) (21) 式中
h k ----发生器的传热系数, W/(2m .K); h t -----工作蒸汽的温度，℃。

在发生器中，温度为7t 、浓度为a ξ的稀溶液先被加热到温度为的饱和状态，然后沸腾产生冷剂水蒸气，离开发生器时的温度为4t 。

因为7~5过程所需的热量与沸腾过程所需的热量相比只占极小的比例，所以在计算时，换热过程中溶液的计算温度采用5t ，而不采用7t 。

2．冷凝器的传热面积
)](65.0)[(23
2w w w k k k k t t t t k Q F ---=(2m ) (22)
式中，k K 为冷凝器的传热系数，在W/ (2m .K)。

在冷凝器中冷却水必须将温度为3't 的冷剂水蒸气（过热蒸气）冷却到饱和状态后才能使之凝结为冷剂水，由于冷却水过程所占的热负荷很小，因此计算时仍采用冷凝温度k t
9 而不采用3't 。

3．蒸发器的传热面积
在蒸发器中冷剂水发生相变，故∆a t =0
)]
(65.0)[(211000l l l o t t t t k Q F ---=(2m ) (23) 式中，0K 为蒸发器的传热系数，W/ (
2m .K)。

4．吸收器的传热面积
在吸收器中混合溶液喷淋在吸收器管簇外，沿管外成液膜流下，冷却水在管内流动，喷淋液与冷却水的流动方式为叉流，传热面积计算公式为
)]
(65.0)(5.0)[(299121t t t t t t k Q F w w w a a a -----=(2m ) (24) 式中，a K 为吸收器的传热系数，W/ (
2m .K)。

5．溶液热交换的传热面积
在溶液交换器中，由于稀溶液流量大，其温度变化较小。

两种溶液的流动方式一般采用逆流形式，故
)]
(65.0)(35.0)[(842724t t t t t t k Q F t t t -----=(2m ) (25) 式中，t k 为溶液交换器的传热系数，W/ (
2m .K)。

在溴化锂吸收式制冷机中，影响各设备传热系数K 值的因素很多，如热交换的形式、管子材料、喷淋密度、热流密度、管径、管内外介质的流速、污垢情况等，目前国内这方面的研究工作做得很少，因此，在设计计算时，一般根据某些同类设备的试验数据作为选取传热系数K 值的依据。

10 三、加热蒸汽的消耗量及泵的流量计算
1．加热蒸汽的消耗量h M
h M =（1.05~1.00）r Q h
(kg/s) (26)
其中有 1.05~1.00-----考虑损失的附加数;
r-----加热蒸汽的汽化潜热,KJ/kg 。

2．冷媒水泵的流量
)
(1000210
l l w l t t c Q V -=×3600 （h m /3
） （27）
式中,w c 为冷媒水的比热,KJ/kg ·k 。

3．冷却水泵的流量
溴化锂吸收式制冷机中，吸收器和冷凝器的冷却水通常是串联使用的，即冷却水先通过吸收器再通过冷凝器，因此，冷却水量的确定要由两个方面来考虑。

对于吸收器
)
(1000121w w w a
w t t c Q V -=3600 （h m /3） （28）
对于冷凝器
)(10002
32w w w k
w t t c Q V -=3600 （h m /3） （29）
计算结果应使1w V ≈2w V ,如两者相差较大,则应重新考虑冷却水总温度升的分配,直至两者相等或相近。

11
4．蒸发器泵的流量
由于蒸发器内压力很低，为了消除静液柱高度对沸腾过程的影响，蒸发器通常做成喷淋式。

为了保证一定的喷淋密度，冷剂水的喷淋量大于实际的蒸发量，两者之比称为蒸发器冷剂水的再循环倍率，用0f 表示，一般取0f =10~20，因此，蒸发器泵的流量为
100000D
f V =3600 （h m /3
）
（30） 5．发生器泵的流量
a
h aD
V ρ=3600 （h m /3）
（31） 式中，a ρ为稀溶液的密度，kg/3
m 。

6．吸收器泵的流量
P
a D
a f V ρ)1(-+=3600 （h m /3）
（32） 式中p ρ为喷淋溶液的密度，kg/3
m 。

设计实例
已知条件如下：
制冷量0Q =50×410kcal/h(581.4Kw)
12
冷媒水出蒸发器的温度2l t =7℃
冷媒水进蒸发器的温度1l t =22℃
冷却水温度1w t =22℃
加热蒸汽的温度h t =116.33℃试进行单效溴化锂吸收式制冷机的热力计算和传热计算。

解 1.设计参数的选定
(1)吸收器出口冷却水温度2w t
2w t =1w t +∆1w t = (取∆1w t =4.5℃)
(2)冷凝器出口冷却水温度3w t
3w t =2w t +∆2w t = (取∆2w t =3.5℃)
(3)冷凝温度k t
k t =3w t + t ∆ = (取∆t =5℃)
(4)冷凝压力k p
根据k t =45℃,查饱和水蒸气表得k p =
(5)蒸发温度0t
13
0t =2l t -2=
(6)蒸发压力0p
根据0t =5℃,查饱和水蒸气表得0p =
(7)吸收器压力a p
假定由蒸发器到吸收器之间气流的压降∆P =0.14 mmHg(0.0186k a p )
a p =0p -∆P= mmHg
(8)吸收器内溶液最低温度2t
2t =2w t +3.5= (取∆t =3.5℃)
(9)稀溶液浓度a ξ
根据a p 和2t ,从h-ξ图上查得a ξ=
(10)浓溶液浓度r ξ
r ξ=a ξ+4％= (取r ξ-a ξ=4％)
(11)发生器内溶液最高温度4t
根据r ξ,k p 从h-ξ图上查得4t =
14
上述各参数值确定后,可在溴化锂水溶液的h-ξ图上进一步查得相应点的状态参数,列于表2中。

画出其循环过程图并标出对应点号。

表2中,溶液热交换器出口处浓溶液的温度8t 可由式(8)确定,取∆t =19℃,则
8t =2t +19=
15
再由8t ,r ξ从h-ξ图中查得, 8h =
表2 h-ξ 图上各点参数值
溶液热交换器出口处稀溶液的焓值7h 式(9)求得
a
r r
a ξξξ-==
7h =2h +)(1
84h h a a -- =
16
由7h ，a ξ从h-ξ图中查得7t =
2．设备热负荷计算
（1）设备的单位热负荷
1）蒸发器的单位热负荷
=-='310h h q
2）发生器的单位热负荷
=
--+=743)1(ah h a h q h “
3）冷凝器的单位热负荷
=-=33h h q k ”
4）吸收器的单位热负荷
=--+='281)1(ah h a h q a
5）溶液热交换器的单位热负荷
=-=)(27h h a q t
（2）设备的热负荷
1）冷剂水循环量
==0
q Q D
2）发生器的热负荷
17
==h h Dq Q
3）冷凝器的热负荷
==k k Dq Q
4）吸收器的热负荷
==a a Dq Q
5）溶液热交换器的热负荷
==t t Dq Q
（3）热平衡和热力系数
1）热平平衡
吸收热量为=+h Q Q 0
放出热量为=+a k Q Q
2)热力系数ξ
==h
Q Q 0
ξ
3.加热蒸汽的消耗量的泵的流量计算
(1)加热蒸汽的消耗量
==r Q M h
h 05.1.
18
(2)冷媒水泵的流量
=-=)
(1000210
l l w l t t c Q V .
(3)冷却水泵的流量
=-=)
(1000121w w w a
w t t c Q V .
=-=)
(1000232w w w k
w t t c Q V .
如果1w V ≈2w V (允许有10%的误差),说明冷却水温升的分配是合理的,取=w V
（4）蒸发器泵的流量
==100000D
f V （取100=f ）
（5）发生器泵的流量
==a
h aD
V ρ
（6）吸收器泵的流量
19
=-+=p
a D a f V ρ)1( （取f=20，ρp =860kg/m 3） 4．计算设备的传热面积
（1）发生器的传热面积 h F
=---=)]
(65.0)[(545t t t t K Q F h h h
h
（取℃m kcal k h ⋅=2/2500）
（2）冷凝器的传热面积k F
取 ℃h m k c a l k k ⋅⋅=2/2500 =---=)](65.0)[(232w w w k k k
k t t t t K Q F
(3)蒸发器的传热面积0F
取 ℃h m k c a l K ⋅⋅=20/1800 =---=)]
(65.0)[(211000
0l l l t t t t K Q F
20
(4)吸收器传热面积a F
取 ℃h m k c a l k a ⋅⋅=2/800 )](65.0)](5.0)[(299121t t t t t t K Q F w w w a a
a -----= (t 9=35℃) =
(5)溶液热交换器传热面积t F
取 ℃h m k c a l k t ⋅⋅=2/400
=
-----=)]
(65.0)](35.0)[(842724t t t t t t K Q F t t
t
附录：
21
22
23。